DE102022110807A1 - ENGINE SYSTEM WITH ELECTRIFIED AIR SYSTEM COMPONENTS FOR MANAGING NOx EMISSIONS IN A WORK VEHICLE - Google Patents

ENGINE SYSTEM WITH ELECTRIFIED AIR SYSTEM COMPONENTS FOR MANAGING NOx EMISSIONS IN A WORK VEHICLE Download PDF

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Abstract

Ein Motorsystem umfasst einen Motor mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Eine Steuerung ist mit dem Regler wirkverbunden und dazu konfiguriert, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur zu identifizieren und, wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren, um die Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, zu reduzieren und eine dem Verdichter zugeführte Antriebskraft zu reduzieren, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.An engine system includes an engine having an intake manifold and an exhaust manifold, a turbocharger including a turbine in communication with the exhaust manifold and a compressor in communication with the intake manifold, and a governor configured to to control an exhaust gas flow through the turbine. A controller is operatively connected to the governor and is configured to monitor an engine load and an exhaust gas temperature during operation of the engine, identify prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels based on the engine load and the exhaust gas temperature, and when the prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emissions Emission levels have been identified, modifying exhaust gas flow through the turbine to reduce energy extracted from the exhaust gas by the turbine and to reduce motive power provided to the compressor, thereby reducing intake airflow provided to the intake manifold by the compressor.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Motorsysteme mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten, die dahingehend betrieben werden, die Emissionen von Stickoxiden (NOx) zu managen.The present disclosure relates to internal combustion engines, and more particularly to engine systems with electrified air system components that operate to manage emissions of nitrogen oxides (NOx).

Dieselmotorsysteme werden zum Antrieb vieler Arbeitsfahrzeuge verwendet und unterliegen Emissionsvorschriften hinsichtlich Werte von Stickoxiden (NOx), die während des Betriebs ausgestoßen werden. Existierende Dieselmotorsysteme können nicht zu überschreitende (NTE - Not-To-Exceed) Emissionsgrenzen und Testanforderungen, die einen großen Bereich an Drehzahl- und Lastkombinationen, die allgemein im Gebrauch angetroffen werden, abdecken, einhalten; jedoch ist es wahrscheinlich, dass zukünftige Emissionsvorschriften die geregelte NOx-Grenze herabsetzen und den Drehzahl- und Lastbetriebsbereich der geregelten oder NTE-Emissionsgrenzen ausweiten werden. Existierende Dieselmotorsysteme werden möglicherweise nicht in der Lage sein, diese gesteigerten NOx-Emissionsbeschränkungen zu erfüllen, zumindest zum Teil aufgrund der Art und Weise, auf die Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem bei Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und geringer Last arbeiten.Diesel engine systems are used to power many work vehicles and are subject to emission regulations regarding levels of nitrogen oxides (NOx) emitted during operation. Existing diesel engine systems can meet not-to-exceed (NTE) emission limits and test requirements covering a wide range of speed and load combinations commonly encountered in use; however, it is likely that future emission regulations will lower the regulated NOx limit and expand the speed and load operating range of the regulated or NTE emission limits. Existing diesel engine systems may not be able to meet these increased NOx emission restrictions, due at least in part to the manner in which the air system components in the engine system perform at low speed, light load engine operating conditions.

Ein Motorsystem umfasst einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur, bei denen die NOx-Emissionen innerhalb eines verbotenen Bereichs liegen, zu identifizieren und, wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.An engine system includes an engine having one or more piston and cylinder assemblies in communication with an intake manifold and an exhaust manifold, a turbocharger having a turbine in communication with the exhaust manifold, and a compressor driven by the turbine and in communication with the intake manifold, and a governor configured to control exhaust gas flow through the turbine. The engine system further includes a controller having a processor and memory architecture and operatively connected to the governor, the controller configured to monitor engine load and exhaust gas temperature during operation of the engine, prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels based on engine load and exhaust gas temperature at which NOx emissions are within a prohibited range, and when prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels have been identified, controlling the controller to modify exhaust gas flow through the turbine. By modifying the flow of exhaust gas through the turbine, an amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine is reduced and motive power provided to the compressor is reduced, thereby reducing intake airflow provided to the intake manifold by the compressor.

Bei einer weiteren Implementierung umfasst ein Motorsystem für ein Arbeitsfahrzeug einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, zu bestimmen, ob die Motorlast und die Abgastemperatur unter einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert liegen, wodurch verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte angezeigt werden, und, wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter dem Motorlastschwellenwert und dem Abgastemperaturschwellenwert liegen, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.In another implementation, an engine system for a work vehicle includes an engine having one or more piston and cylinder assemblies communicating with an intake manifold and an exhaust manifold, a turbocharger having a turbine communicating with the exhaust manifold, and a A compressor driven by the turbine and in communication with the intake manifold, and a governor configured to control exhaust gas flow through the turbine. The engine system further includes a controller having a processor and memory architecture and operatively connected to the governor, the controller configured to monitor an engine load and an exhaust gas temperature during operation of the engine, determine whether the engine load and the exhaust gas temperature are below an engine load threshold and an exhaust gas temperature threshold, respectively, thereby indicating prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels, and when the engine load and the exhaust gas temperature are below the engine load threshold and the exhaust gas temperature threshold, control the controller to increase the exhaust gas flow through the turbine modify. By modifying the flow of exhaust gas through the turbine, an amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine is reduced and motive power provided to the compressor is reduced, thereby reducing intake airflow provided to the intake manifold by the compressor.

Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beiliegenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung angeführt. Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor.The details of one or more embodiments are set forth in the accompanying drawings and the description below. Further features and advantages emerge from the description, the drawings and the claims.

Mindestens ein Beispiel für die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben:

  • 1 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs, bei dem Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können;
  • 2 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer Ausführungsform;
  • 3 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 4 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 5 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 6 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen.
At least one example of the present disclosure is described below in connection with the following figures:
  • 1 12 is a simplified side view of an exemplary work vehicle upon which embodiments of the present disclosure may be implemented;
  • 2 12 is a schematic diagram of an example engine system with electrified air system components for managing NOx emissions, according to one embodiment;
  • 3 12 is a schematic diagram of an example engine system with electrified air system components for managing NOx emissions according to another embodiment;
  • 4 12 is a schematic diagram of an example engine system with electrified air systems system components for managing NOx emissions according to another embodiment;
  • 5 12 is a schematic diagram of an example engine system with electrified air system components for managing NOx emissions according to another embodiment;
  • 6 12 is a schematic diagram of an example engine system with electrified air system components for managing NOx emissions according to another embodiment; and
  • 7 FIG. 12 is a flowchart of an example method of operating an engine system with electrified air system components to manage NOx emissions.

In den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente an. Für eine einfache und deutliche Darstellung können Beschreibungen und Details wohlbekannter Merkmale und Techniken weggelassen sein, um eine unnötige Verschleierung des Beispiels und von nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung, die in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschrieben werden, zu vermeiden. Ferner sollte auf der Hand liegen, dass Merkmale oder Elemente, die in den beigefügten Figuren erscheinen, nicht zwangsweise maßstäblich gezeichnet sind, sofern nicht etwas anderes angegeben wird.Like reference characters indicate like elements in the different drawings. For the sake of simplicity and clarity, descriptions and details of well-known features and techniques may be omitted to avoid unnecessarily obscuring the example and non-limiting embodiments of the invention described in the following detailed description. Furthermore, it should be understood that features or elements appearing in the accompanying figures are not necessarily drawn to scale unless otherwise indicated.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in den oben kurz beschriebenen beigefügten Figuren der Zeichnungen gezeigt. Für den Fachmann können verschiedene Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen in Betracht kommen, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen angeführt ist, abzuweichen.Embodiments of the present disclosure are shown in the accompanying drawing figures briefly described above. Various modifications to the exemplary embodiments can be devised by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as set forth in the appended claims.

Verbrennungsmotoren und insbesondere Dieselmotoren werden bei vielen Arbeitsfahrzeugen eingesetzt und unter sehr verschiedenen Drehzahl- und Lastbedingungen betrieben. Solche Dieselmotoren unterliegen Emissionsvorschriften hinsichtlich akzeptablen Werten von Stickoxiden (NOx), die während des Betriebs ausgestoßen werden, wobei diese Vorschriften einen großen Bereich an Drehzahl- und Lastkombinationen, die allgemein im Gebrauch angetroffen werden, d. h. einen „NTE-Bereich“, abdecken. Obgleich existierende Dieselmotorsysteme derzeitige Emissionsvorschriften in diesem NTE-Bereich einhalten können, werden zukünftige Emissionsvorschriften sowohl die akzeptable NOx-Grenze herabsetzen als auch den NTE-Bereich, in dem solch eine NOx-Grenze erforderlich ist, ausweiten. Das bedeutet, dass akzeptable NOx-Emissionswerte insgesamt gesenkt werden, möglicherweise um einen Faktor 10, und wahrscheinlich wird der NTE-Bereich, in dem NOx-Emissionsgrenzen geregelt werden, so ausgeweitet werden, dass er Motorbetriebsbedingungen bei geringer Last und niedriger Drehzahl umfasst.Internal combustion engines and in particular diesel engines are used in many work vehicles and are operated under very different speed and load conditions. Such diesel engines are subject to emission regulations regarding acceptable levels of nitrogen oxides (NOx) emitted during operation, these regulations covering a wide range of speed and load combinations commonly encountered in use, i. H. an "NTE area". Although existing diesel engine systems can meet current emission regulations in this NTE range, future emission regulations will both lower the acceptable NOx limit and expand the NTE range where such a NOx limit is required. This means that acceptable NOx emission levels will be reduced overall, possibly by a factor of 10, and it is likely that the NTE range in which NOx emission limits are regulated will be extended to include low load, low speed engine operating conditions.

Es versteht sich, dass die Struktur und der Betrieb von Luftsystemen bei existierenden Dieselmotorsystemen nicht gestatten, dass die Motorsysteme diese zukünftigen NOx-Emissionsvorschriften über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg erfüllen. Erstens führen die Luftsysteme bei existierenden Dieselmotorsystemen nicht genügend Abgas zurück (AGR), wenn der Motor unter derzeitigen NTE-Mindestdrehzahlwerten läuft, um Motor-NOx-Emissionen erheblich zu reduzieren. Dies liegt daran, dass der Druck des von dem Motor ausgegebenen Abgases nicht ausreichend höher als der Druck der dem Motor zugeführten Einlassluft ist, um eine positive Druckdifferenz zu erzeugen, die das Strömen des Abgases durch das AGR-System gestattet. Zweitens stellen, wenn der Motor unter derzeitigen NTE-Mindestlastwerten läuft, die Luftsysteme bei existierenden Dieselmotorsystemen ein Luft/Kraft-Verhältnis bereit, das höher als nötig ist, was zu einer niedrigen Abgastemperatur führt, die sich wiederum negativ auf den Umwandlungswirkungsgrad einer SCR-Behandlung (SCR - Selective Catalytic Reduction; selektive katalytische Reduktion) des Abgases auswirkt, die ansonsten NOx-Schadstoffemissionen auf ein Minimum reduzieren würde.It is understood that the structure and operation of air systems in existing diesel engine systems does not allow the engine systems to meet these future NOx emission regulations over an expanded NTE range. First, the air systems on existing diesel engine systems do not recirculate enough exhaust gas (EGR) when the engine is operating below current NTE minimum speed levels to significantly reduce engine NOx emissions. This is because the pressure of the exhaust gas discharged from the engine is not sufficiently higher than the pressure of the intake air supplied to the engine to create a positive pressure differential that allows the exhaust gas to flow through the EGR system. Second, when the engine is running under current NTE minimum load levels, the air systems in existing diesel engine systems provide an air/force ratio that is higher than necessary, resulting in a low exhaust gas temperature, which in turn negatively impacts the conversion efficiency of SCR treatment (SCR - Selective Catalytic Reduction) of the exhaust gas, which would otherwise reduce NOx pollutant emissions to a minimum.

Zur Reduzierung von NOx-Emissionen auf ein Minimum über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg und in einem Maße, das zukünftige Emissionsvorschriften erfüllt, wird ein Motorsystem mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten bereitgestellt, die selektiv dahingehend betreibbar sind, NOx-Emissionen besser zu managen. Durch den Betrieb der Luftsystemkomponenten kann sowohl die AGR verstärkt als auch der SCR-Umwandlungswirkungsgrad verbessert werden, insbesondere während Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und geringer Last, so dass NOx-Emissionen über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg reduziert werden können.To reduce NOx emissions to a minimum over an extended NTE range and to a degree that meets future emissions regulations, an engine system is provided with electrified air system components that are selectively operable to better manage NOx emissions. Operation of the air system components can both increase EGR and improve SCR conversion efficiency, particularly during low speed and light load engine operating conditions, such that NOx emissions can be reduced over an extended NTE range.

Gemäß Ausführungsformen werden die Motorlast und die Abgastemperatur während des Betriebs des Motorsystems überwacht, um Betriebsbedingungen zu bestimmen, bei denen Motor-NOx-Emissionswerte in einen verbotenen Bereich fallen können. Die Motorlast und die Abgastemperatur werden mit einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert verglichen, und wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter ihren jeweiligen Schwellenwerten liegen, wird ein verbotener Motor-NOx-Emissionswert oder -zustand identifiziert. Bei solch einer Identifikation wird das Motorsystem dahingehend betrieben, selektiv einen Abgasstrom durch eine oder mehrere Turbinen einer Turboladeranordnung zu steuern, um die Abgastemperatur zu erhöhen und die Aufladung zu reduzieren. Das bedeutet, durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladerturbine wird die Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert, wodurch eine höhere Temperatur des Abgases aufrechterhalten wird und für einen höheren Umwandlungswirkungsgrad bei einer SCR-Behandlung des Abgases zur Reduzierung von NOx-Emissionen gesorgt wird. Darüber hinaus wird durch Reduzieren der Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, der Turbolader mit einer geringeren Eingangskraft angetrieben, so dass die dem Motor zugeführte Einlassluftmenge reduziert wird. Die Reduzierung der dem Motor zugeführten Einlassluft senkt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor und reduziert damit NOx-Emissionen.According to embodiments, engine load and exhaust gas temperature are monitored during operation of the engine system to determine operating conditions where engine NOx emission levels may fall within a prohibited range. The engine load and exhaust gas temperature are compared to an engine load threshold and an exhaust gas temperature threshold, respectively, and if the engine load and exhaust gas temperature are below their respective thresholds, a prohibited engine NOx emission level or condition is identified. With such an identification, it will Engine system operable to selectively control exhaust gas flow through one or more turbines of a turbocharger assembly to increase exhaust gas temperature and reduce boost. That is, by modifying the flow of exhaust gas through the turbocharger turbine, the amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine is reduced, thereby maintaining a higher temperature of the exhaust gas and allowing for higher conversion efficiency with SCR treatment of the exhaust gas Reduction of NOx emissions is ensured. In addition, by reducing the amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine, the turbocharger is driven with a lower input force, thereby reducing the amount of intake air supplied to the engine. Reducing the intake air supplied to the engine lowers the air/fuel ratio in the engine, thereby reducing NOx emissions.

Bei einer Ausführungsform ist ein elektrifiziertes Wastegate in dem Motorsystem zum selektiven Wegleiten von Abgas von der Turbine vorgesehen. Ein Regler ist zur Steuerung des Betriebs des Wastegates und damit selektiven Modifizierung des Abgasstroms zur Turbine vorgesehen. Wenn bestimmt wird, dass NOx-Emissionen bei verbotenen Motor-NOx-Emissionswerten liegen, kann der Regler das Öffnen des Wastegates bewirken, so dass Abgas die Turbine umgeht. Indem bewirkt wird, dass der Abgasstrom die Turbine umgeht, wird die Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert, und die NOx-Emissionswerte können auch reduziert werden.In one embodiment, an electrified wastegate is provided in the engine system for selectively directing exhaust gas away from the turbine. A governor is provided for controlling the operation of the wastegate and thereby selectively modifying the flow of exhaust gas to the turbine. If NOx emissions are determined to be at prohibited engine NOx emission levels, the controller may cause the wastegate to open so that exhaust gas bypasses the turbine. By causing the exhaust flow to bypass the turbine, the amount of energy extracted from the exhaust by the turbine is reduced, and NOx emission levels may also be reduced.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Turbolader mit variabler Geometrie (VG) in dem Motorsystem vorgesehen, der dazu konfiguriert sein kann, selektiv die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren. Ein Regler ist vorgesehen, der dahingehend betrieben wird, das Seitenverhältnis der Turbine in dem VG-Turbolader einzustellen und damit selektiv den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Wenn bestimmt wird, dass NOx-Emissionen bei verbotenen Motor-NOx-Emissionswerten liegen, kann der Regler bewirken, dass das Seitenverhältnis der Turbine derart eingestellt wird, dass die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert wird, so dass die NOx-Emissionswerte auch reduziert werden.In another embodiment, a variable geometry (VG) turbocharger is provided in the engine system that may be configured to selectively reduce the amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine. A governor is provided that operates to adjust the aspect ratio of the turbine in the VG turbocharger and thereby selectively modify the flow of exhaust gas through the turbine. If NOx emissions are determined to be at prohibited engine NOx emission levels, the controller may cause the aspect ratio of the turbine to be adjusted such that the amount of energy extracted by the turbine from the exhaust gas is reduced so that the NOx -Emission values are also reduced.

Bei einer Implementierung ist ein elektrifizierter Luftverstärker in dem Motorsystem enthalten, der dahingehend selektiv betreibbar ist, Einlassluft in den Einlasskrümmer zu verstärken, wenn er aktiviert ist, um ein verbessertes instationäres Ansprechverhalten in dem Motorsystem bereitzustellen. Der Luftverstärker kann basierend auf einer Änderungsrate der Motorlast selektiv betrieben werden, und wenn die Motorlaständerungsrate einen zugehörigen Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, wird der elektrifizierte Luftverstärker aktiviert. Der Luftverstärker kann als ein E-Verdichter vorgesehen sein, der einen eigenständigen Verdichter und eine elektrische Maschine, die den eigenständigen Verdichter antreibt, umfasst. Der Luftverstärker kann stattdessen als eine elektrische Maschine vorgesehen sein, die dahingehend mit dem Turbolader mechanisch gekoppelt ist, eine Welle anzutreiben, die die Turbine und den Verdichter koppelt, so dass der Turbolader als ein E-Turbolader konfiguriert ist. Bei beiden, dem E-Verdichter und dem E-Turbolader wird die elektrische Maschine dahingehend betrieben, ihren zugehörigen Verdichter (entweder direkt oder über die Turboladerwelle) anzutreiben, um zu bewirken, dass der Verdichter die Einlassluft in den Einlasskrümmer verstärkt.In one implementation, an electrified air booster is included in the engine system that is selectively operable to boost intake air into the intake manifold when activated to provide improved transient response in the engine system. The air amp may be selectively operated based on a rate of change of engine load, and when the rate of change of engine load exceeds an associated engine load rate of change threshold, the electrified air amp is activated. The air amplifier may be provided as an e-compressor that includes a self-contained compressor and an electric machine that drives the self-contained compressor. The air intensifier may instead be provided as an electric machine that is mechanically coupled to the turbocharger to drive a shaft that couples the turbine and compressor such that the turbocharger is configured as an e-turbocharger. In both the e-compressor and the e-turbocharger, the electric machine operates to drive its associated compressor (either directly or via the turbocharger shaft) to cause the compressor to boost intake air into the intake manifold.

Bei einer weiteren Implementierung ist eine Abgasrückführungs(AGR)-Pumpe in dem Motorsystem enthalten, die dahingehend selektiv betreibbar ist, einen Teil des Abgases, das von dem Auslasskrümmer ausgegeben wird, zu dem Einlasskrümmer zurückzuführen. Die AGR-Pumpe ist dahingehend betreibbar, von dem Auslasskrümmer ausgegebenes Abgas zu dem Einlasskrümmer zurückzuführen, selbst wenn der Motor bei niedriger Drehzahl läuft, wodurch die Werte der NOx-Emissionen aus dem Motor reduziert werden.In another implementation, an exhaust gas recirculation (EGR) pump is included in the engine system and is selectively operable to recirculate a portion of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold to the intake manifold. The EGR pump is operable to recirculate exhaust gas discharged from the exhaust manifold to the intake manifold even when the engine is running at low speed, thereby reducing engine-out NOx emission levels.

Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen eines Motorsystems mit elektrifizierten Motorkomponenten, die dahingehend betrieben werden, das Motordrehmoment zu verstärken, in Verbindung mit 1-7 gemäß dieser Offenbarung beschrieben. Als nicht einschränkende Beispiele ist das Motorsystem gemäß der folgenden Beschreibung in ein Arbeitsfahrzeug integriert und umfasst eine Turboladeranordnung, die in Reihe geschaltete Hochdruck- und Niederdruck-Turbolader zur Verstärkung des Luftstroms in den Verbrennungsmotor umfasst. Ungeachtet der folgenden Beispiele würden auch alternative Arbeitsfahrzeuge und Motorsysteme mit Turboladeranordnungen, die andere Konstruktionen aufweisen, von darin integrierten elektrifizierten Luftsystemkomponenten gemäß Aspekten der Erfindung profitieren. Es versteht sich somit, dass Aspekte der Erfindung nicht auf lediglich die spezifischen Ausführungsformen, die nachstehend beschrieben werden, beschränkt sein sollen.Example embodiments of an engine system having electrified engine components that operate to boost engine torque will now be described in connection with FIG 1-7 described according to this disclosure. As non-limiting examples, the engine system as described below is integrated into a work vehicle and includes a turbocharger assembly that includes series-connected high-pressure and low-pressure turbochargers for boosting airflow into the internal combustion engine. Notwithstanding the following examples, alternative work vehicles and engine systems having turbocharger assemblies having other designs would also benefit from electrified air system components integrated therein according to aspects of the invention. It is thus understood that aspects of the invention are not intended to be limited to only the specific embodiments described below.

Gemäß Ausführungsformen wird ein Motorsystem offenbart, das elektrifizierte Luftsystemkomponenten umfasst, die dahingehend betrieben werden, NOx-Emissionen während des Betriebs des Motorsystems zu managen. Wie für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, ist die Anwendung des Motorsystems bei Arbeitsfahrzeugen, deren NOx-Emissionen geregelt sind, besonders geeignet, und somit wird bei den hier erörterten veranschaulichenden Beispielen solch eine Umgebung zur Unterstützung des Verständnisses der Erfindung herangezogen.According to embodiments, an engine system is disclosed that includes electrified air system components that operate to manage NOx emissions during operation of the engine system. As will be apparent to those skilled in the art from the following description, the application of the engine system is to work vehicles NOx emissions controlled genes are particularly appropriate and thus the illustrative examples discussed herein draw on such an environment to aid in understanding the invention.

Unter zunächst erfolgender Bezugnahme auf 1 wird ein Arbeitsfahrzeug 10 gezeigt, bei dem Ausführungsformen der Erfindung implementiert werden können. In dem dargestellten Beispiel wird das Arbeitsfahrzeug 10 als ein landwirtschaftlicher Traktor dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass andere Konfigurationen möglich sein können, darunter Konfigurationen, bei denen das Arbeitsfahrzeug 10 eine andere Art von Traktor, ein Erntefahrzeug, ein Rückeschlepper, eine Planiermaschine, ein Baggerlader oder eine verschiedener anderer Arbeitsfahrzeugarten ist. Das Arbeitsfahrzeug 10 umfasst ein Chassis oder einen Rahmen 12, das bzw. der auf Vorder- und Hinterrädern 14 getragen wird. Auf einem vorderen Endbereich des Chassis 12 ist ein Gehäuse 16 positioniert, in dem sich ein Motorsystem 18 befindet. Das Motorsystem 18 versorgt über einen zugehörigen Antriebsstrang 20 ein Ausgangsglied (z. B. eine Ausgangswelle, nicht gezeigt) mit Leistung, das wiederum die Leistung dahingehend zu der Achse (den Achsen) des Arbeitsfahrzeugs 10 überträgt, für den Antrieb von dieser (diesen) zu sorgen und/oder eine Zapfwelle beispielsweise zum Antrieb eines Arbeitsgeräts, das sich an dem Arbeitsfahrzeug 10 befindet oder diesem zugeordnet ist, anzutreiben.Referring first to FIG 1 A work vehicle 10 is shown on which embodiments of the invention may be implemented. In the illustrated example, work vehicle 10 is illustrated as an agricultural tractor. However, it is understood that other configurations may be possible, including configurations in which the work vehicle 10 is another type of tractor, a harvester, a skidder, a grader, a backhoe, or any of various other types of work vehicle. The work vehicle 10 includes a chassis or frame 12 supported on front and rear wheels 14 . Positioned on a front end portion of the chassis 12 is a housing 16 in which an engine system 18 is located. The engine system 18 provides power, via an associated powertrain 20, to an output member (e.g., an output shaft, not shown) which in turn transmits the power to the axle(s) of the work vehicle 10 for propulsion thereof(s). to provide and / or to drive a PTO, for example, to drive an implement that is located on the work vehicle 10 or associated therewith.

Ein Bediener steuert die Funktionen des Arbeitsfahrzeugs 10, darunter das Motorsystem 18, den Antriebsstrang 20 und ein Arbeitsgerät (Arbeitsgeräte), das (die) sich an dem Arbeitsfahrzeug 10 befindet (befinden) oder diesem zugeordnet ist (sind), von einer Bedienerstation 22 in dem Arbeitsfahrzeug. Obgleich dies in 1 nicht gezeigt wird, versteht sich, dass die Bedienerstation 22 eine Mensch-Maschine-Schnittstelle und verschiedene Betätigungseinrichtungen, die dazu konfiguriert sind, Eingabebefehle von dem Bediener zur Steuerung von beispielsweise verschiedenen mit dem Steuern der zuvor erwähnten Komponenten in Zusammenhang stehenden elektrischen oder hydraulischen Systemen zu empfangen, umfassen kann. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann verschiedenartig konfiguriert sein und kann einen oder mehrere Joysticks, verschiedene Schalter oder Hebel, eine oder mehrere Tasten, eine Touchscreenschnittstelle, die auf einer Anzeige eingeblendet sein kann, eine Tastatur, einen Lautsprecher, ein Mikrofon, das einem Spracherkennungssystem zugeordnet ist, oder verschiedene andere Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen umfassen.An operator controls the functions of work vehicle 10, including engine system 18, powertrain 20, and work implement(s) located on or associated with work vehicle 10, from an operator station 22 in the work vehicle. Although this in 1 Although not shown, it will be appreciated that the operator station 22 includes a man-machine interface and various actuators configured to accept input commands from the operator for control of, for example, various electrical or hydraulic systems associated with controlling the aforementioned components receive, can include. The human-machine interface can be variously configured and can include one or more joysticks, various switches or levers, one or more buttons, a touchscreen interface that can be overlaid on a display, a keyboard, a speaker, a microphone, a voice recognition system associated, or various other man-machine interface devices.

Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 2 werden verschiedene Komponenten eines beispielhaften Motorsystems 18, das in dem Arbeitsfahrzeug 10 enthalten sein kann, gemäß einer beispielhaften Implementierung dargestellt. Das Motorsystem 18 umfasst einen Verbrennungsmotor 24 (im Folgenden „Motor“) in Form eines dieselbetriebenen Motors, es versteht sich jedoch, dass der Motor 24 auch mit anderen flüssigen Kraftstoffen, wie z. B. Benzin oder Ethanol, betrieben werden könnte. Der Motor 24 des Motorsystems 18 umfasst einen Motorblock 26 mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung 28 darin, die dahingehend betreibbar ist, Verbrennungsereignisse zu erzeugen. Bei der dargestellten Implementierung ist der Motor 24 ein Reihen-Sechszylindermotor (R-6-Motor); bei alternativen Implementierungen können jedoch verschiedene Motorarten und -auslegungen verwendet werden.Referring now to FIG 2 Various components of an example engine system 18 that may be included in the work vehicle 10 are presented according to an example implementation. The engine system 18 includes an internal combustion engine 24 (hereinafter “engine”) in the form of a diesel powered engine, but it is understood that the engine 24 could also run on other liquid fuels, such as petroleum. As gasoline or ethanol, could be operated. The engine 24 of the engine system 18 includes an engine block 26 having a piston and cylinder assembly 28 therein operable to generate combustion events. In the illustrated implementation, the engine 24 is an inline six cylinder (R-6) engine; however, different motor types and configurations may be used in alternative implementations.

Das Motorsystem 18 umfasst des Weiteren einen Einlasskrümmer 30, der mit dem Motor 24 strömungsverbunden ist, einen Auslasskrümmer 32, der mit dem Motor 24 strömungsverbunden ist, und eine Turboladeranordnung 34. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Turboladeranordnung 34 ein Paar in Reihe geschalteter Turbolader 36, 38, die mit dem Einlasskrümmer 30 und dem Auslasskrümmer 32 strömungsverbunden sind und mit diesen in Wirkverbindung stehen, obgleich es sich versteht, dass das Motorsystem 18 bei anderen Ausführungsformen stattdessen lediglich einen einzigen Turbolader umfassen könnte. Die Turboladeranordnung 34 umfasst gemäß der Darstellung in 2 einen Niederdruck(LP)-Turbolader 36 und einen Hochdruck(HP)-Turbolader 38, die in Reihe angeordnet sind - wobei jeder der Turbolader 36, 38 eine Turbine 40, 42 und einen Verdichter 44, 46, die über eine Drehwelle 48 mechanisch verbunden sind, umfasst. Im Betrieb jedes der Turbolader 36, 38 verursacht durch die Turbine 40, 42 strömendes Abgas eine Drehung der Turbine, wodurch wiederum eine Drehung der Welle 48 bewirkt wird. Die Drehung der Welle 48 bewirkt wiederum, dass sich auch der Verdichter 44, 46 dreht, wodurch zusätzliche Luft in die Verdichter 44, 46 gesaugt wird, um dadurch die Durchsatzrate von Luft zu dem Einlasskrümmer 30 über das Maß, bei dem sie ansonsten ohne die Turbolader 36, 38 liegen würde, hinaus zu erhöhen, und auf diese Weise führen die Turbolader 36, 38 dem Motor 24 sogenannte „Ladeluft“ zu.The engine system 18 further includes an intake manifold 30 fluidly connected to the engine 24, an exhaust manifold 32 fluidly connected to the engine 24, and a turbocharger assembly 34. In the illustrated embodiment, the turbocharger assembly 34 includes a pair of series-connected turbochargers 36 , 38 that are fluidly connected and operatively connected to intake manifold 30 and exhaust manifold 32, although it is understood that in other embodiments engine system 18 could instead include only a single turbocharger. The turbocharger assembly 34, as shown in FIG 2 a low pressure (LP) turbocharger 36 and a high pressure (HP) turbocharger 38 arranged in series - each of the turbochargers 36, 38 having a turbine 40, 42 and a compressor 44, 46 mechanically connected via a rotary shaft 48 are included. During operation of each of the turbochargers 36, 38, exhaust gas flowing through the turbine 40, 42 causes the turbine to rotate, which in turn causes the shaft 48 to rotate. The rotation of the shaft 48, in turn, causes the compressor 44, 46 to also rotate, thereby drawing additional air into the compressors 44, 46, thereby increasing the flow rate of air to the intake manifold 30 above what it would otherwise be without the turbochargers 36, 38 would lie, and in this way the turbochargers 36, 38 supply the engine 24 with so-called "charged air".

Wie angegeben, sind der HP- und der LP-Turbolader 38, 36 in Reihe bezüglich einander angeordnet. Der HP-Turbolader 38 weist eine Turbine 42 (HP-Turbine) zum Empfangen von Abgas aus dem Auslasskrümmer 32 und einen Verdichter 46 (HP-Verdichter), der mit der HP-Turbine 42 zum Zuführen von Druckluft zu dem Einlasskrümmer 30 zur Verbrennung gekoppelt ist, auf. Der LP-Turbolader 36 weist eine Turbine 40 (LP-Turbine) zum Empfangen von Abgas von der HP-Turbine 42 und einen Verdichter 44 (LP-Verdichter), der mit der LP-Turbine 40 zum Zuführen von Druckluft zu dem HP-Verdichter 46 zur weiteren Druckbeaufschlagung gekoppelt ist, auf. Sowohl der LP- als auch der HP-Turbolader 36, 38 wirken dahingehend, einen Teil der Wärmeenergie aus dem Abgas mit ihren jeweiligen Turbinen 40, 42 zum Antrieb ihrer jeweiligen Verdichter 44, 46 zurückzugewinnen und dabei die Menge an Ladeluft, die dem Motor 24 zur Verbrennung zugeführt wird, zu erhöhen.As indicated, the HP and LP turbochargers 38, 36 are arranged in series with respect to one another. The HP turbocharger 38 includes a turbine 42 (HP turbine) for receiving exhaust gas from the exhaust manifold 32 and a compressor 46 (HP compressor) coupled with the HP turbine 42 for supplying pressurized air to the intake manifold 30 for combustion is on. The LP turbocharger 36 includes a turbine 40 (LP turbine) for receiving exhaust gas from the HP turbine 42 and a compressor 44 (LP compressor) connected to the LP turbine 40 for Supplying pressurized air to the HP compressor 46 for further pressurization is coupled on. Both the LP and HP turbochargers 36, 38 function to recover some of the thermal energy from the exhaust gas with their respective turbines 40, 42 to drive their respective compressors 44, 46, thereby increasing the amount of charge air supplied to the engine 24 is fed to incineration to increase.

Gemäß der Darstellung in 2 steht der Einlasskrümmer 30 mit der Kolben-Zylinder-Anordnung 28 zum Leiten einer Luftzufuhrmenge dorthin in Strömungsverbindung. Frischluft wird dem Einlasskrümmer 30 aus der umliegenden Umgebung über einen Frischlufteinlasskanal 50 zugeführt. Frischluft wird in den Frischlufteinlasskanal 50 gesaugt, durch einen Luftfilter 52, der in Reihe mit dem Frischlufteinlasskanal 50 angeordnet ist, strömengelassen und dem LP-Verdichter 44 zugeführt. Der LP-Verdichter 44 führt eine erste Verdichtung der Frischluft durch und führt sie dem HP-Verdichter 46 über einen Ladeluftkanal 54 zu. Der Ladeluftkanal 54 verläuft dann von dem HP-Verdichter 46 zu dem Einlasskrümmer 30, um die verdichtete Ladeluft von dem HP-Verdichter 46 zuzuführen, wobei ein Ladeluftkühler 56 (d. h. ein Nachkühler) in Reihe mit dem Ladeluftkanal 54 positioniert ist, der die Temperatur der Ladeluft reduziert, bevor sie dem Motor 24 zugeführt wird, um die Einheit an Masse pro Volumeneinheit (d. h. Dichte) der Ladeluft für einen verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsabgabe zu erhöhen. Bei einer Ausführungsform ist auch eine Drosselklappe 57 in dem Ladeluftkanal 54 positioniert, um die Menge an verdichteter Ladeluft, die dem Einlasskrümmer 30 zugeführt wird, zu regulieren.According to the illustration in 2 For example, the intake manifold 30 is in flow communication with the piston and cylinder assembly 28 for directing an amount of air supply thereto. Fresh air is supplied to the intake manifold 30 from the surrounding environment via a fresh air intake duct 50 . Fresh air is drawn into the fresh air intake duct 50 , passed through an air cleaner 52 arranged in series with the fresh air intake duct 50 and supplied to the LP compressor 44 . The LP compressor 44 performs a first compression of the fresh air and feeds it to the HP compressor 46 via a charge air duct 54 . The charge air duct 54 then extends from the HP compressor 46 to the intake manifold 30 to deliver the compressed charge air from the HP compressor 46, with a charge air cooler 56 (ie, an aftercooler) positioned in series with the charge air duct 54 that regulates the temperature of the Charge air is reduced before it is supplied to the engine 24 to increase the unit mass per unit volume (ie, density) of the charge air for improved volumetric efficiency and higher power output. In one embodiment, a throttle 57 is also positioned within the charge air passage 54 to regulate the amount of compressed charge air provided to the intake manifold 30 .

Der Auslasskrümmer 32 des Motorsystems 18 ist mit Einlässen der Turbinen 40, 42 der Turbolader 36, 38 über einen Abgaskanal 58 strömungsgekoppelt, wobei die Fluidauslässe der Turbinen 40, 42 über einen Entlüftungskanal 60 dann mit der umliegenden Umgebung strömungsgekoppelt sind. Durch den Motor 24 erzeugtes Abgas wird aus dem Auslasskrümmer 32 herausgeleitet und strömt durch den Abgaskanal 58 zu den Turbinen 40, 42, wobei das Abgas dann auf herkömmliche Weise über den Entlüftungskanal 60 die Turbinen 40, 42 in die umliegende Umgebung verlässt. Ein Nachbehandlungssystem 62 ist in Reihe mit dem Entlüftungskanal 60 zur Behandlung des Abgases vor der Entlüftung des Abgases an die umliegende Umgebung angeordnet. Das Nachbehandlungssystem 62 kann eine oder mehrere Komponenten oder Vorrichtungen, die das Abgas behandeln, wie z. B. eine Dieselpartikelfilter(DPF)-Vorrichtung 64 oder eine Vorrichtung 65 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Vorrichtung), umfassen, wie in 2 dargestellt wird. Wie nachstehend genauer erläutert wird, hat die SCR-Vorrichtung 65 einen hohen SCR-Umwandlungswirkungsgrad (zur Reduzierung von NOx), wenn ihr Abgas mit einer ausreichend hohen Temperatur zugeführt wird, und somit ist es wünschenswert, die Temperatur des Abgases, das der SCR-Vorrichtung 65 zugeführt wird, über einem gewissen Temperaturschwellenwert zu halten.The exhaust manifold 32 of the engine system 18 is flow coupled to inlets of the turbines 40, 42 of the turbochargers 36, 38 via an exhaust passage 58, with the fluid outlets of the turbines 40, 42 then being flow coupled to the surrounding environment via a breather passage 60. Exhaust gas generated by the engine 24 is directed out the exhaust manifold 32 and flows through the exhaust passage 58 to the turbines 40, 42, which exhaust gas then exits the turbines 40, 42 via the breather passage 60 to the surrounding environment in a conventional manner. An aftertreatment system 62 is placed in series with the vent passage 60 for treating the exhaust gas prior to venting the exhaust gas to the surrounding environment. The aftertreatment system 62 may include one or more components or devices that treat the exhaust, such as. a diesel particulate filter (DPF) device 64 or a selective catalytic reduction (SCR) device 65, as in FIG 2 is pictured. As will be explained in more detail below, the SCR device 65 has a high SCR conversion efficiency (for reducing NOx) when its exhaust gas is supplied at a sufficiently high temperature, and thus it is desirable to lower the temperature of the exhaust gas that undergoes the SCR Device 65 is supplied to maintain above a certain temperature threshold.

Komponenten zum Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 - insbesondere zu der HP-Turbine 42 oder sowohl der HP- als auch der LP-Turbine 40, 42 - sind ferner in dem Motorsystem 18 vorgesehen, wobei es sich versteht, dass sich Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 auf Modifizieren des Abgasstroms, der der Turbine (den Turbinen) zugeführt wird, und/oder Modifizieren des Strömungsquerschnitts der Turbine(n) bezieht, wobei sich beide Ausführungsformen auf die Menge an aus dem Abgas extrahierter Energie auswirken. Bei der Ausführungsform von 2 sind diese Komponenten in Form eines elektronischen Wastegates 66 (d. h. „E-Wastegates“) und eines zugehörigen Reglers 68 vorgesehen, die dahingehend selektiv betreibbar sind, den der HP-Turbine 42 zugeführten Abgasstrom zu modifizieren. Es versteht sich auch, dass ein ähnliches E-Wastegate 66 für die LP-Turbine 40 vorgesehen sein könnte (wie in 2 in Durchsicht gezeigt wird), und somit ist die folgende Erörterung im Hinblick auf Betrieb/Steuerungen des E-Wastegates 66, die auf das Modifizieren des der HP-Turbine 42 zugeführten Abgasstroms gerichtet ist, so zu verstehen, dass sie das Modifizieren des der LP-Turbine 40 zugeführten Abgasstroms bei einer Ausführungsform beschreibt.Components for modifying the flow of exhaust gas through the turbocharger assembly 34--particularly to the HP turbine 42 or both the HP and LP turbines 40, 42--are also provided in the engine system 18, it being understood that modifying the flow of exhaust gas by the turbocharger assembly 34 relates to modifying the exhaust flow provided to the turbine(s) and/or modifying the flow area of the turbine(s), both of which embodiments affect the amount of energy extracted from the exhaust. In the embodiment of 2 For example, these components are in the form of an electronic wastegate 66 (ie, "e-wastegate") and associated controller 68 that are selectively operable to modify the flow of exhaust gas supplied to the HP turbine 42 . It is also understood that a similar e-wastegate 66 could be provided for the LP turbine 40 (as in 2 shown in phantom), and thus the following discussion regarding operation/controls of the e-wastegate 66 directed to modifying the exhaust gas flow provided to the HP turbine 42 should be understood to include modifying the flow of the LP exhaust gas flow supplied to turbine 40 in one embodiment.

Das E-Wastegate 66 kann als ein elektronisch gesteuertes Ventil vorgesehen sein, das dahingehend zwischen geöffneten und geschlossenen Zuständen betätigbar ist, selektiv zu gestatten, dass Abgas die HP-Turbine 42 umgeht und direkt in das stromabwärtige Abgas geleitet wird. Das E-Wastegate 66 kann gemäß verschiedenen Implementierungen entweder innerhalb oder außerhalb des HP-Turboladers 38 sein. Der Regler 68 wird dahingehend betrieben, die dem E-Wastegate 66 zugeführte elektrische Leistung zu steuern, um dadurch zu bewirken, dass das E-Wastegate 66 in seinem geöffneten oder geschlossenen Zustand oder in einer Stellung zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand (z. B. 10 % geöffnet) betrieben wird. Durch selektives Strömenlassen von Abgas durch die HP-Turbine 42 oder Umleiten des Abgases um die HP-Turbine 42 herum kann das E-Wastegate 66 die Menge an Leistung, die die HP-Turbine zum Antreiben des HP-Verdichters 46 durch Extrahieren von Energie aus dem Abgas, wenn es durch die HP-Turbine 42 strömt, erzeugen kann, steuern. Gleichermaßen kann das E-Wastegate 66 wie oben angegeben auch dahingehend vorgesehen sein, selektiv Abgas durch die LP-Turbine 40 strömen zu lassen oder das Abgas die LP-Turbine 40 umgehen lassen, um die Menge an Leistung, die die LP-Turbine zum Antreiben des LP-Verdichters 44 durch Extrahieren von Energie aus dem Abgas, wenn es durch die LP-Turbine 40 strömt, erzeugen kann, zu steuern.The e-wastegate 66 may be provided as an electronically controlled valve operable between open and closed states to selectively allow exhaust gas to bypass the HP turbine 42 and be directed into the downstream exhaust gas. The e-wastegate 66 can be either internal or external to the HP turbocharger 38 according to various implementations. The controller 68 is operable to control the electrical power supplied to the e-wastegate 66 to thereby cause the e-wastegate 66 to operate in its open or closed state, or in a position intermediate the open and closed states (e.g., closed). B. 10% open) is operated. By selectively flowing exhaust through the HP turbine 42 or bypassing the exhaust around the HP turbine 42, the e-wastegate 66 can limit the amount of power the HP turbine can use to drive the HP compressor 46 by extracting energy from it in the exhaust gas as it flows through the HP turbine 42. Likewise, as noted above, the e-wastegate 66 may also be provided to selectively exhaust exhaust to flow through the LP turbine 40 or to have the exhaust gas bypass the LP turbine 40 to reduce the amount of power the LP turbine can use to drive the LP compressor 44 by extracting energy from the exhaust gas as it passes through the LP turbine 40 flows, can generate to control.

Ein Abgasrückführungs(AGR)-System 70 ist ferner in dem Motorsystem 18 vorgesehen und funktioniert dahingehend, einen Teil des von dem Motor 24 erzeugten Abgases zurückzuführen und dabei die Bildung von NOx während der Verbrennung zu reduzieren. Abgas wird aus dem Auslasskrümmer 32 gesaugt und über das AGR-System 70 in den Einlasskrümmer 30 zurückgeführt. Das AGR-System 70 umfasst einen AGR-Kanal 72, einen AGR-Kühler 74, eine AGR-Pumpe 76 und einen AGR-Mischer 78. Der AGR-Kanal 72 saugt einen Teil des Abgases, das in dem Abgaskanal 58 strömt, zur Zirkulation durch das AGR-System 70 ein. Der AGR-Kühler 74 ist in Reihe mit dem AGR-Kanal 72 zum Zwecke der Kühlung des durch den AGR-Kanal 72 strömenden Abgases angeordnet. Abgas strömt zu der AGR-Pumpe 76, wobei die AGR-Pumpe 76 eine Einlassseite 79 in Strömungsverbindung mit dem Auslasskrümmer 32 und eine Auslassseite 80 in Strömungsverbindung mit dem Einlasskrümmer 30 aufweist. Die AGR-Pumpe 76 kann ein Verdrängungsverdichter, der zur Bereitstellung von physisch abgemessenen Luftdurchsatzraten in der Lage ist, wie z. B. ein Roots-, Schrauben-, Scroll- oder Flügelzellenverdichter, sein, oder kann alternativ dazu ein Radialverdichter ähnlich einem Turboladerverdichter sein. Bei einer Ausführungsform ist die AGR-Pumpe 76 so konstruiert, dass sie Rotoren 82 enthält, die von einem Elektromotor 84 angetrieben werden. Die AGR-Pumpe 76 kann dahingehend elektrisch gesteuert werden, selektiv den Strom des von dem Abgaskanal 58 zurückgeführten Abgases zu dem Motor 24 über den AGR-Kanal 72 zu steuern, einschließlich Sperrens des Abgasstroms dort hindurch und selektiven Beschränkens oder Steuerns des Abgasstroms dort hindurch in einem gewünschten Ausmaß. Abgas, das von der AGR-Pumpe 76 gepumpt wird, wird dem AGR-Mischer 78 zugeführt, der das Abgas mit der aus dem Ladeluftkanal 54 zugeführten Ladeluft zur Einleitung in den Einlasskrümmer 30 mischt, von dem das Gemisch aus Abgas und Ladeluft dann in den Motor 24 gespeist wird. Bei weiteren Implementierungen ist ein eigens vorgesehener AGR-Mischer 78 möglicherweise nicht in dem Motorsystem 18 enthalten, wobei Abgas stattdessen in Einlassrohre des Motors 24 und/oder des Einlasskrümmers 30 zur Vermischung mit der Ladeluft eingeleitet wird.An exhaust gas recirculation (EGR) system 70 is also included in the engine system 18 and functions to recirculate a portion of the exhaust gas produced by the engine 24, thereby reducing the formation of NOx during combustion. Exhaust is drawn from the exhaust manifold 32 and recirculated into the intake manifold 30 via the EGR system 70 . The EGR system 70 includes an EGR passage 72, an EGR cooler 74, an EGR pump 76, and an EGR mixer 78. The EGR passage 72 draws a portion of the exhaust gas flowing in the exhaust passage 58 for circulation through the EGR system 70. The EGR cooler 74 is arranged in series with the EGR passage 72 for the purpose of cooling the exhaust gas flowing through the EGR passage 72 . Exhaust flows to the EGR pump 76 , the EGR pump 76 having an inlet side 79 in flow communication with the exhaust manifold 32 and an outlet side 80 in flow communication with the intake manifold 30 . The EGR pump 76 may be a positive displacement compressor capable of providing physically metered air flow rates, such as. a Roots, screw, scroll or vane compressor, or alternatively may be a centrifugal compressor similar to a turbocharger compressor. In one embodiment, EGR pump 76 is constructed to include rotors 82 driven by electric motor 84 . The EGR pump 76 may be electrically controlled to selectively control the flow of exhaust gas recirculated from the exhaust passage 58 to the engine 24 via the EGR passage 72, including blocking the flow of exhaust gas therethrough and selectively restricting or controlling the flow of exhaust gas therethrough a desired extent. Exhaust gas pumped by the EGR pump 76 is supplied to the EGR mixer 78, which mixes the exhaust gas with the charge air supplied from the charge air duct 54 for introduction into the intake manifold 30, from which the mixture of exhaust gas and charge air is then fed into the Motor 24 is fed. In other implementations, a dedicated EGR mixer 78 may not be included in the engine system 18, with exhaust gas instead being introduced into intake ducts of the engine 24 and/or the intake manifold 30 for mixing with the charge air.

Gemäß der Darstellung in 2 umfasst das Motorsystem 18 ferner einen Luftverstärker 85, der dahingehend wirkt, die Menge an Einlass- oder Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, zu verstärken. In dem dargestellten Beispiel ist der Luftverstärker 85 ein elektrischer Verdichter 86 (im Folgenden „E-Verdichter“), der einen Verdichter 87 umfasst, der von einer elektrischen Maschine 88 (d. h. dem Elektromotor) angetrieben wird. Der E-Verdichter 86 ist als eine eigenständige Komponente vorgesehen, die von der Turboladeranordnung 34 separat ist und an einer beliebigen einer Anzahl von Stellen bezüglich der Turboladeranordnung 34 positioniert sein kann. In dem dargestellten Beispiel ist der E-Verdichter 86 stromabwärts des Ladeluftkühlers 56 positioniert, es versteht sich jedoch, dass der E-Verdichter 86 stattdessen stromaufwärts der Verdichter 44, 46 der Turboladeranordnung 34, zwischen den Verdichtern 44, 46, zwischen dem HP-Verdichter 46 und dem Ladeluftkühler 56 oder stromabwärts des AGR-Mischers 78 positioniert sein könnte. Bei Aktivierung empfängt die elektrische Maschine 88 eine Eingangsleistung und treibt als Reaktion dazu den Verdichter 87 dahingehend an, dem Motor 24 einen verstärkten Ladeluftstrom zuzuführen. Während Zeiträumen, in denen der E-Verdichter 86 nicht in Betrieb ist, kann Einlassluft den E-Verdichter 86 über ein Bypassventil 89 des Luftverstärkers 85, das parallel zu dem E-Verdichter 86 angeordnet ist, umgehen. Das Bypassventil 89 kann ein mechanisch oder elektrisch betätigtes Ventil sein, das in Verbindung mit dem E-Verdichter 86 zur Steuerung des Einlassluftstroms dort hindurch betrieben wird.According to the illustration in 2 The engine system 18 further includes an air amplifier 85 operative to increase the amount of intake or charge air supplied to the engine 24 . In the illustrated example, the air amplifier 85 is an electric compressor 86 (hereinafter “E-Compressor”) that includes a compressor 87 driven by an electric machine 88 (ie, the electric motor). The e-compressor 86 is provided as a stand alone component that is separate from the turbocharger assembly 34 and may be positioned in any of a number of locations relative to the turbocharger assembly 34 . In the illustrated example, the E-compressor 86 is positioned downstream of the charge air cooler 56, however, it should be understood that the E-compressor 86 is instead upstream of the compressors 44, 46 of the turbocharger assembly 34, between the compressors 44, 46, between the HP compressor 46 and the charge air cooler 56 or downstream of the EGR mixer 78 could be positioned. When activated, the electric machine 88 receives input power and in response drives the compressor 87 to provide an increased flow of charge air to the engine 24 . During periods when the e-compressor 86 is not operating, intake air may bypass the e-compressor 86 via a bypass valve 89 of the air amplifier 85 arranged in parallel with the e-compressor 86 . The bypass valve 89 may be a mechanically or electrically actuated valve that operates in conjunction with the e-compressor 86 to control intake airflow therethrough.

Zum Zuführen von elektrischer Leistung zu dem E-Wastegate 66, der AGR-Pumpe 76 und dem E-Verdichter 86 ist ein elektrisches System 90 in dem Motorsystem 18 vorgesehen, das eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen, Umrichter, Wandler, Verkabelung und andere elektrische Komponenten umfassen kann. In einem Beispiel umfasst das elektrische System 90 eine Energiespeichervorrichtung 92 in Form einer Lithium-Ionen-Batterie, obgleich stattdessen andere Hochspannungs- oder Hochleistungs-Energiespeichervorrichtungen eingesetzt werden können, wie z. B. andere Batteriearten, ein Superkondensator oder eine Kombination aus Superkondensatoren und/oder Batterien. Die Energiespeichervorrichtung 92 führt Gleichstromleistung einem DC-DC-Wandler (nicht gezeigt), der Leistung an einen DC-Bus 94 ausgibt, zu, wobei der DC-Bus 94 mehreren Vorrichtungen, Auslässen usw. in dem Motorsystem 18, darunter dem E-Wastegate 66, der AGR-Pumpe 76 und dem E-Verdichter 86, Leistung zuführt. Bei einer Implementierung ist das elektrische System 90 zur Bereitstellung einer Spannung von 36 V oder mehr konfiguriert, z. B. ein 48V-System, das in Kombination mit dem Motor 24 ein „Mild-Hybrid“-Motorsystem für das Arbeitsfahrzeug 10 (1) bildet.An electrical system 90 is provided in engine system 18 for supplying electrical power to e-wastegate 66, EGR pump 76, and e-compressor 86 and includes one or more energy storage devices, inverters, converters, wiring, and other electrical components can. In one example, the electrical system 90 includes an energy storage device 92 in the form of a lithium-ion battery, although other high voltage or high power energy storage devices may be substituted, such as a lithium ion battery. B. other battery types, a supercapacitor or a combination of supercapacitors and / or batteries. The energy storage device 92 supplies DC power to a DC-DC converter (not shown) that outputs power to a DC bus 94, the DC bus 94 being a plurality of devices, outlets, etc. in the engine system 18 including the e-wastegate 66, the EGR pump 76 and the E-compressor 86 supplies power. In one implementation, the electrical system 90 is configured to provide a voltage of 36V or more, e.g. B. a 48V system, which in combination with the engine 24 a "mild hybrid" engine system for the work vehicle 10 ( 1 ) forms.

Gemäß der Darstellung in 2 umfasst das Motorsystem 18 ein Steuersystem 102, das eine Steuerung 104 oder ein elektronisches Steuergerät (ECU) umfasst. Die Steuerung 104 umfasst einen Prozessor 104a und einen Speicher 104b. Der Prozessor 104a führt die Berechnung und Steuerfunktionen der Steuerung 104 durch und kann eine beliebige Art von Prozessor oder mehrere Prozessoren, einzelne integrierte Schaltungen, wie z. B. einen Mikroprozessor oder eine beliebige geeignete Anzahl an integrierten Schaltvorrichtungen und/oder Schaltplatinen, die zur Vollbringung der Funktionen einer Verarbeitungseinheit zusammenwirken, umfassen. Während des Betriebs führt der Prozessor 104a ein oder mehrere Programme, die in dem Speicher 104b enthalten sein können, durch und steuert somit den allgemeinen Betrieb der Steuerung 104 und des Computersystems der Steuerung 104 bei der Durchführung der hier beschriebenen Funktionen. Bei der dargestellten Ausführungsform speichert der Speicher 104b das oben erwähnte Programme (die oben erwähnten Programme).According to the illustration in 2 The engine system 18 includes a control system 102 that includes a controller 104 or electronic control unit (ECU) includes. The controller 104 includes a processor 104a and a memory 104b. Processor 104a performs the computation and control functions of controller 104 and may be any type of processor or multiple processors, single integrated circuits such as. a microprocessor or any suitable number of integrated circuit devices and/or circuit boards cooperating to accomplish the functions of a processing unit. During operation, the processor 104a executes one or more programs, which may be contained in the memory 104b, and thus controls the general operation of the controller 104 and the computer system of the controller 104 in performing the functions described herein. In the illustrated embodiment, the memory 104b stores the program(s) mentioned above.

Im Allgemeinen wird die Steuerung 104 dazu verwendet, zumindest einige der hier beschriebenen Motorsystemoperationen und -funktionen bereitzustellen, und steuert insbesondere den Betrieb des E-Wastegates 66, des Luftverstärkers 85 und der AGR-Pumpe 76. Im Allgemeinen ist die Steuerung 104 mit Folgenden betreibbar gekoppelt: dem Motor 24; der AGR-Pumpe 76; dem E-Verdichter 86; dem E-Wastegate 66; einem Motordrehzahlsensor 106; einem Sensor (Sensoren) 108, der (die) Luftmassen-, Temperatur- und/oder Drucksensoren umfassen kann (können), in dem Einlasskrümmer 30, dem Ladeluftkanal 54 oder dem AGR-Kanal 72; einem Kraftstoffsensor 110 und einem Abgastemperatursensor 111. Obgleich die Sensoren 106, 108, 110, 111 in 2 als separate eigens vorgesehene Sensoren gezeigt werden, versteht sich, dass Erfassungsfähigkeiten für die Messung einiger Parameter in Komponenten des Motorsystems 18 integriert sein können. Die Steuerung 104 kann auch mit anderen Vorrichtungen, die zur Bereitstellung der gewünschten Systemsteuerfunktionen erforderlich sind, darunter verschiedene andere Aktuatoren und Sensoren, gekoppelt sein. Die Steuerung 104 empfängt Eingänge von den verschiedenen Sensoren, die Signale proportional zu verschiedenen physischen Parametern, die verschiedenen Komponenten in dem Motorsystem 18 und beliebigen anderen Quellen zugeordnet sind, erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 104 dazu konfiguriert sein, zusätzlich zu den hier offenbarten Steuerfunktionen andere Funktionen des Arbeitsfahrzeugs 10 bereitzustellen.In general, the controller 104 is used to provide at least some of the engine system operations and functions described herein, and specifically controls the operation of the e-wastegate 66, the air intensifier 85, and the EGR pump 76. In general, the controller 104 is operable to do the following coupled to: the motor 24; the EGR pump 76; the E compressor 86; the e-wastegate 66; an engine speed sensor 106; a sensor(s) 108, which may include mass air flow, temperature, and/or pressure sensors, in the intake manifold 30, charge air duct 54, or EGR duct 72; a fuel sensor 110 and an exhaust gas temperature sensor 111. Although the sensors 106, 108, 110, 111 in 2 are shown as separate dedicated sensors, it is understood that sensing capabilities for measuring some parameters may be integrated into engine system 18 components. The controller 104 may also be coupled to other devices necessary to provide the desired system control functions, including various other actuators and sensors. The controller 104 receives inputs from the various sensors that generate signals proportional to various physical parameters associated with various components in the engine system 18 and any other sources. In some embodiments, the controller 104 may be configured to provide other functions of the work vehicle 10 in addition to the control functions disclosed herein.

Die Steuerung 104 betreibt das Steuern des Motorsystems 18 (und des Motors 24) in verschiedenen Steuermodi, wobei die Steuerung 104 den Motor in verschiedenen Modi basierend auf von ihr empfangenen Eingängen, die Sensoreingänge und/oder Bedienerbefehlseingaben umfassen können, betreibt. Die verschiedenen Betriebsmodi können beispielsweise einen Motorstartmodus, einen Motor-Stopp/Start-Modus, einen Kalter-Motor-Modus, einen Verstärkungsmodus und einen Niedriglast-Motoremissionen-Steuermodus (im Folgenden „Emissionssteuermodus“, wobei es sich versteht, dass Emissionen zumindest auf eine gewisse Art und Weise während eines/aller Motorbetriebsmodi gesteuert werden) umfassen, und die Steuerung 104 kann Steuersignale an eine oder mehrere Komponenten in dem Motorsystem 18 zur Steuerung des Betriebs des Motorsystems 18 in einem spezifischen Modus ausgeben.Controller 104 operates controlling engine system 18 (and engine 24) in various control modes, where controller 104 operates the engine in various modes based on inputs it receives, which may include sensor inputs and/or operator command inputs. The various modes of operation may include, for example, an engine start mode, an engine stop/start mode, a cold engine mode, a boost mode, and a low load engine emissions control mode (hereinafter "emissions control mode", it being understood that emissions affect at least one controlled in some manner during any/all engine operating modes), and the controller 104 may output control signals to one or more components in the engine system 18 to control operation of the engine system 18 in a specific mode.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung 104 dazu konfiguriert, beim Betrieb des Motorsystems 18 zur Steuerung von Emissionen, insbesondere wenn der Motor 24 bei einer geringen Last betrieben wird, das E-Wastegate 66 selektiv so zu betreiben, dass NOx-Emissionen von dem Motorsystem 18 begrenzt werden. Die Steuerung 104 kann bewirken, dass das Motorsystem 18 in dem Emissionssteuerbetriebsmodus betrieben wird, wenn die Steuerung 104 bestimmt oder identifiziert, dass NOx-Emissionen möglicherweise verbotene Werte (d. h. über akzeptablen Emissionswerten) erreichen, wobei die Steuerung 104 Eingänge zur Motorlast (beispielsweise bestimmt durch Luftstrom und Kraftstoff wie angefordert/erforderlich) und Motorlaständerungsrate, Abgastemperatur und Motordrehzahl empfängt, um zu bestimmen, ob die NOx-Emissionen bei dem derzeitigen Betriebszustand des Motorsystems 18 möglicherweise bei verbotenen Werten liegen. D. h., es wird erkannt, dass der Betrieb des Motors 24 mit einer niedrigen Motorlast zum Anstieg der NOx-Emissionswerte des Motorsystems 18 führen kann, was auf einem Anstieg des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Motor 24 aufgrund von Niedriglastbetrieb basieren kann (was zu niedrigeren Abgastemperaturen und einem reduzierten Umwandlungswirkungsgrad in dem Nachbehandlungssystem 62, d. h. der SCR-Vorrichtung 65, führt). Dementsprechend steuert die Steuerung 104 den Betrieb des E-Wastegates 66 bei Eintritt in den Emissionssteuermodus dahingehend, NOx-Emissionen aus dem Motorsystem 18 zu reduzieren.According to one embodiment, when operating engine system 18 to control emissions, particularly when engine 24 is operating at a light load, controller 104 is configured to selectively operate e-wastegate 66 to reduce NOx emissions from engine system 18 be limited. The controller 104 may cause the engine system 18 to operate in the emissions control mode of operation when the controller 104 determines or identifies that NOx emissions may reach prohibited levels (i.e., above acceptable emissions levels), the controller 104 receiving engine load inputs (e.g., determined by airflow and fuel as requested/required) and engine load rate of change, exhaust gas temperature and engine speed to determine whether NOx emissions may be at prohibited levels at the current operating condition of the engine system 18 . That is, it is recognized that operating the engine 24 at a low engine load may result in increases in NOx emission levels from the engine system 18, which may be due to an increase in the air/fuel ratio in the engine 24 due to low load operation (resulting in lower exhaust gas temperatures and reduced conversion efficiency in the aftertreatment system 62, i.e., the SCR device 65). Accordingly, upon entering the emissions control mode, the controller 104 controls operation of the e-wastegate 66 to reduce NOx emissions from the engine system 18 .

Wenn von der Steuerung 104 bestimmt wird, dass die Motorlast- und die Abgastemperaturwerte unter den jeweiligen vorbestimmten Motorlast- bzw. Abgastemperaturschwellenwert gefallen sind (oder dass eine (fallende) Motorlaständerungsrate derart ist, dass eine Motorlast unter dem Motorlastschwellenwert unmittelbar bevorsteht), bewirkt die Steuerung 104, dass das Motorsystem 18 im Emissionssteuerbetrieb betrieben wird, da solche Werte anzeigen, dass NOx-Emissionswerte bei verbotenen Werten liegen. Im Emissionssteuerbetriebsmodus bei einer niedrigen Last bewirkt die Steuerung 104, das dem Regler 68 und dem E-Wastegate 66 (wie z. B. über den DC-Bus 94) Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, wobei der Regler 68 dann die/den dem E-Wastegate 66 zugeführte/n Spannung/Strom dahingehend steuert, das Öffnen des E-Wastegates 66 (in eine vollständig geöffnete oder im Wesentlichen geöffnete Stellung) zu bewirken. Beim Öffnen des E-Wastegates 66 wird der Abgasstrom zu der HP-Turbine 42 modifiziert - wobei das Abgas durch das E-Wastegate 66 strömt und die HP-Turbine 42 umgeht, wenn das E-Wastegate 66 in seinem geöffneten (oder im Wesentlichen geöffneten) Zustand betrieben wird. Durch das Umgehen der HP-Turbine 42 wird die Menge an von der HP-Turbine 42 aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert oder möglicherweise eliminiert. Dies gestattet, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält, so dass das Abgas danach mit einer höheren Temperatur zu dem Nachbehandlungssystem 62 (d. h. zu der SCR-Vorrichtung 65) strömt, wodurch ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung 65 die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt. Darüber hinaus wird durch Reduzieren oder Eliminieren der Extraktion von Energie aus dem Abgas durch die HP-Turbine 42 die Leistung zum Antreiben des HP-Verdichters 46 gesenkt, so dass der HP-Verdichter 46 weniger Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 ausgibt. Dies führt zu einem niedrigeren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24, was auch dazu dient, die von dem Motorsystem 18 erzeugten NOx-Emissionswerte zu senken.When it is determined by the controller 104 that the engine load and exhaust gas temperature values have fallen below the respective predetermined engine load and exhaust gas temperature thresholds, respectively (or that a (falling) engine load rate of change is such that an engine load below the engine load threshold is imminent), the controller causes 104 that the engine system 18 is operating in emission control mode, since such values indicate that NOx emission levels are at prohibited levels. In emissions control mode of operation at a low load, the controller 104 causes the regulator 68 and the e-wastegate 66 (such as e.g., via the DC bus 94), the regulator 68 controls the voltage/current supplied to the e-wastegate 66 to cause the e-wastegate 66 to open (into a fully open or substantially open position). Upon opening the e-wastegate 66, the exhaust gas flow to the HP turbine 42 is modified--the exhaust flowing through the e-wastegate 66 and bypassing the HP turbine 42 when the e-wastegate 66 is in its open (or substantially open ) state is operated. By bypassing the HP turbine 42, the amount of energy extracted from the exhaust gas by the HP turbine 42 is reduced or possibly eliminated. This allows the exhaust gas to hold more thermal energy, so that the exhaust gas then flows to the aftertreatment system 62 (ie, to the SCR device 65) at a higher temperature, thereby allowing the SCR device 65 to perform NOx treatment with a performs higher conversion efficiency. Additionally, by reducing or eliminating the extraction of energy from the exhaust by the HP turbine 42 , the power to drive the HP compressor 46 is reduced such that the HP compressor 46 outputs less charge air to the intake manifold 30 . This results in a lower air-to-fuel ratio in the engine 24, which also serves to reduce NOx emissions levels produced by the engine system 18.

In Kombination mit der Steuerung des E-Wastegates 66 während des Emissionssteuerbetriebsmodus steuert die Steuerung 104 auch den Betrieb der AGR-Pumpe 76 bei fortgesetztem Betrieb des Motorsystems 18, sowohl beim Betrieb in dem Emissionssteuermodus als auch beim Betrieb in anderen Modi. Die AGR-Pumpe 76 wird dahingehend betrieben, aus dem Abgaskrümmer 32 ausgegebenes Abgas nach dem Vermischen mit Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 zurückzuführen, wodurch die NOx-Emissionswerte von dem Motor 24 reduziert werden. Besonders vorteilhaft kann die AGR-Pumpe 76 dahingehend betrieben werden, Abgas selbst bei niedrigen Motordrehzahlen zurückzuführen (im Vergleich zu Systemen, die ein AGR-Ventil, anstatt einer Pumpe umfassen), so dass der Betriebsbereich des Motorsystems 18, über den hinweg NOx-Emissionen gemanagt werden können, ausgeweitet wird.In combination with the control of the e-wastegate 66 during the emissions control mode of operation, the controller 104 also controls the operation of the EGR pump 76 with continued operation of the engine system 18, both when operating in the emissions control mode and when operating in other modes. The EGR pump 76 operates to recirculate exhaust gas discharged from the exhaust manifold 32 to the intake manifold 30 after mixing with charge air, thereby reducing NOx emission levels from the engine 24 . Most advantageously, the EGR pump 76 can be operated to recirculate exhaust even at low engine speeds (compared to systems that include an EGR valve rather than a pump), so that the operating range of the engine system 18 over which NOx emissions can be managed is expanded.

Der Luftverstärker 85 wird auch von der Steuerung 104 selektiv betrieben und kann bei einer Implementierung auch mit dem Betrieb des E-Wastegates 66 verbunden sein. D. h., die Steuerung 104 kann bestimmen, dass eine Motorlaständerungsrate in solch einem Maße ansteigt, dass eine Aktivierung des Luftverstärkers 85 erforderlich ist, um instationäres Ansprechverhalten des Motors 24 zu verbessern. Wenn der Motor 24 bei instationärem Betrieb schnell von einem Niedriglastzustand zu einem Hochlastzustand wechselt, ermöglicht eine Aktivierung des Luftverstärkers 85, dass das Motorsystem 18 das Ansprechverhalten beibehält, indem der dem Motor 24 zugeführte Ladeluftstrom verstärkt wird. Unter solchen Bedingungen tritt das Motorsystem 18 aus dem Emissionssteuermodus aus, wobei die Steuerung 104 (und der Regler 68) bewirken, dass das E-Wastegate 66 in die geschlossene (oder eine im Wesentlichen geschlossene) Stellung betätigt wird. Gleichzeitig bewirkt die Steuerung 104, dass dem E-Verdichter 86 Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, so dass die elektrische Maschine 88 Leistung (beispielsweise von dem DC-Bus 94) empfängt und den Verdichter 87 entsprechend antreibt, wodurch die Einlassladeluft in den Motor 24 verstärkt wird und eine entsprechende Verstärkung des von dem Motor 24 ausgegebenen Drehmoments (wenn dies mit einem erhöhten Kraftstoffstrom, der dem Motor 24 zugeführt wird, einhergeht) bereitgestellt wird. Darüber hinaus wird bewirkt, dass das Bypassventil 89 schließt, um Luft durch den E-Verdichter 86 zu leiten.The air amplifier 85 is also selectively operated by the controller 104 and may also be linked to the operation of the e-wastegate 66 in one implementation. That is, the controller 104 may determine that a rate of engine load change is increasing to such an extent that activation of the air amplifier 85 is required to improve transient engine 24 response. When the engine 24 is rapidly transitioning from a low load condition to a high load condition during transient operation, activation of the air amplifier 85 allows the engine system 18 to maintain responsiveness by increasing the flow of charge air supplied to the engine 24 . Under such conditions, the engine system 18 exits the emissions control mode, with the controller 104 (and regulator 68) causing the e-wastegate 66 to be actuated to the closed (or a substantially closed) position. At the same time, the controller 104 causes power to be supplied to the e-compressor 86 from the energy storage device 92 so that the electric machine 88 receives power (e.g., from the DC bus 94) and drives the compressor 87 accordingly, thereby inducing the intake charge air into the engine 24 is boosted and a corresponding boost in torque output by the engine 24 (when accompanied by increased fuel flow supplied to the engine 24) is provided. In addition, the bypass valve 89 is caused to close to direct air through the E-compressor 86 .

Dementsprechend ist die Steuerung 104 basierend auf der Überwachung von Betriebsparametern des Motorsystems 18 - einschließlich der Motorlast, der Motorlaständerungsrate, der Abgastemperatur und der Motordrehzahl - in der Lage, einen geeigneten Betriebsmodus für das Motorsystem 18 zu bestimmen und nach Bedarf zwischen Betriebsmodi zu wechseln. Basierend auf jenen überwachten Betriebsparametern kann die Steuerung 104 bewirken, dass das Motorsystem 18 in den Emissionssteuermodus übergeht, wo das E-Wastegate 66 selektiv so betrieben wird, dass NOx-Emissionen von dem Motorsystem 18 begrenzt werden - d. h., das E-Wastegate 66 wird geöffnet (in eine vollständig geöffnete oder im Wesentlichen geöffnete Stellung). Des Weiteren kann die Steuerung 104 basierend auf jenen überwachten Betriebsparametern bewirken, dass das Motorsystem 18 aus dem Emissionssteuermodus austritt, wobei das E-Wastegate 66 geschlossen (oder im Wesentlichen geschlossen) wird und der E-Verdichter 86 dahingehend aktiviert wird, eine Verstärkung von Ladeluft in den Einlasskrümmer 30 bereitzustellen, um das Ansprechverhalten des Motors auf die zunehmende Last zu verbessern - d. h., das Schließen des E-Wastegates 66 ist mit dem Aktivieren/Starten des E-Verdichters 86 synchronisiert, um einen Doppelvorteil für das instationäre Ansprechverhalten des Motors 24 bereitzustellen. Darüber hinaus gestattet die AGR-Pumpe 76 weitere NOx-Emissionswertereduzierungen über einen großen Betriebsbereich des Motorsystems 18 hinweg, da die AGR-Pumpe 76 selbst dann AGR bereitstellt, wenn der Motor 24 bei einer niedrigen Drehzahl läuft.Accordingly, based on monitoring engine system 18 operating parameters, including engine load, engine load rate of change, exhaust gas temperature, and engine speed, controller 104 is able to determine an appropriate operating mode for engine system 18 and transition between operating modes as needed. Based on those monitored operating parameters, the controller 104 may cause the engine system 18 to transition into the emissions control mode where the e-wastegate 66 is selectively operated to limit NOx emissions from the engine system 18--i.e. that is, the e-wastegate 66 is opened (to a fully open or substantially open position). Further, based on those monitored operating parameters, controller 104 may cause engine system 18 to exit emissions control mode, closing (or substantially closing) e-wastegate 66 and activating e-compressor 86 to boost charge air into the intake manifold 30 to improve the engine's response to the increasing load - i. That is, the closing of the e-wastegate 66 is synchronized with the activation/starting of the e-compressor 86 to provide a dual benefit to the engine 24 transient response. In addition, the EGR pump 76 allows for further NOx emission reductions over a wide operating range of the engine system 18 because the EGR pump 76 provides EGR even when the engine 24 is running at a low speed.

Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 3 wird ein Motorsystem 112 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Das Motorsystem 112 hat mit dem Motorsystem 18 von 2 viele Komponenten gemein, und somit werden die Komponenten, die den Komponenten des Systems gemein sind, durchweg als jene in 2 identifiziert. Bei dem Motorsystem 112 sind jedoch alternative Komponenten zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 (anstatt des E-Wastegates 66 und des Reglers 68) und ein alternativer Luftverstärker 114 (anstatt des E-Verdichters 86) vorgesehen.Referring now to FIG 3 Illustrated is an engine system 112 according to another embodiment. The engine system 112 has with the engine system 18 of 2 many components in common, and thus the components common to the components of the system are consistently considered to be those in 2 identified. However, in the engine system 112, alternative components are provided for modifying the exhaust gas flow through the turbocharger assembly 34 (instead of the e-wastegate 66 and regulator 68) and an alternative air amplifier 114 (in lieu of the e-compressor 86).

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Komponenten zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 in Form eines Turboladers 116 mit variabler Geometrie (VG) (d. h. eines „VG-Turboladers“) und eines zugehörigen Reglers 118 vorgesehen, die dahingehend selektiv betreibbar sind, den Abgasstrom durch den VG-Turbolader 116 zu modifizieren. Der VG-Turbolader 116 kann den HP-Turbolader 38, der in der Turboladeranordnung 34 (2) enthalten ist, ersetzen, oder anders ausgedrückt kann der in der Turboladeranordnung 34 enthaltene HP-Turbolader 38 so modifiziert/konstruiert sein, dass er in Form eines VG-Turboladers 116 anstatt eines standardmäßigen Turboladers, der keine variable Geometrie aufweist, vorliegt. Der VG-Turbolader 116 ist so konfiguriert, dass das Seitenverhältnis der Turbine 120 (einer HP-Turbine) darin geändert werden kann, wodurch der Strömungsquerschnitt davon geändert wird (d. h. der Abgasstrom dort hindurch modifiziert wird), um die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu variieren, wodurch auch das Ausmaß, in dem der zugehörige Verdichter 122 (ein HP-Verdichter) angetrieben wird, variiert wird. Gemäß Ausführungsformen kann das Seitenverhältnis der Turbine 120 durch eine Anzahl geeigneter Mittel modifiziert werden, darunter (beispielsweise) Ändern der effektiven Breite der Schaufeln in der Turbine, wie zum Beispiel durch Bewegen der Turbine 120 entlang ihrer Achse, um die Schaufeln zum Teil in das Turbinengehäuse einzuziehen. Der Regler 118 kann dahingehend konfiguriert sein, das Seitenverhältnis der Turbine 120 durch Bewegen oder Betätigen von Komponenten darin, wie z. B. Bewegen der Turbine 120 entlang ihrer Achse zur Modifizierung der Schaufelbreite, zu ändern, und somit kann der Regler 118 in einem Beispiel als ein Servomotor oder ein anderer Aktuator vorgesehen sein, der dahingehend selektiv betreibbar ist, für solch eine Bewegung/Betätigung zu sorgen.In the illustrated embodiment, the components for modifying the flow of exhaust gas through the turbocharger assembly 34 are in the form of a variable geometry (VG) turbocharger 116 (ie, a "VG turbocharger") and an associated controller 118 selectively operable to affect the flow of exhaust gas to be modified by the VG turbocharger 116. The VG turbocharger 116 can replace the HP turbocharger 38 included in the turbocharger assembly 34 ( 2 ) is included, or in other words, the HP turbocharger 38 included in the turbocharger assembly 34 may be modified/designed to be in the form of a VG turbocharger 116 rather than a standard non-variable geometry turbocharger. The VG turbocharger 116 is configured so that the aspect ratio of the turbine 120 (an HP turbine) therein can be changed, thereby changing the flow area thereof (ie modifying the exhaust flow therethrough) by the amount of from the turbine energy extracted from the exhaust gas, thereby also varying the extent to which the associated compressor 122 (an HP compressor) is driven. According to embodiments, the aspect ratio of the turbine 120 may be modified by a number of suitable means including (for example) changing the effective width of the blades in the turbine, such as by moving the turbine 120 along its axis to partially enclose the blades in the turbine housing to move in. The controller 118 may be configured to adjust the aspect ratio of the turbine 120 by moving or actuating components therein, such as. e.g., moving the turbine 120 along its axis to modify blade width, and thus the controller 118 may be provided in one example as a servomotor or other actuator selectively operable to provide such movement/actuation .

Des Weiteren ist der in dem Motorsystem 112 vorgesehene Luftverstärker 114 in Form eines elektrischen Turboladers 124 (im Folgenden „E-Turboladers“) vorgesehen, der dahingehend wirkt, die Menge an Einlass- oder Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, zu verstärken. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der VG-Turbolader 116 ferner so modifiziert, dass er in Form eines E-Turboladers 124 vorliegt, wodurch ein VG-E-Turbolader 128 bereitgestellt wird, obgleich es sich versteht, dass ein E-Turbolader 124 in dem Motorsystem 112 vorgesehen sein könnte, bei dem es sich nicht um einen VG-Turbolader handelt. Darüber hinaus wirkt der E-Turbolader 124 in dem dargestellten Beispiel als ein HP-Turbolader in einer Turboladeranordnung 125 des Motorsystems 112, obgleich es sich versteht, dass es während des Betriebs des Motorsystems 112 dazu kommen kann, dass der E-Turbolader 124 betrieben wird, während der LP-Turbolader 36 nicht in Betrieb ist.Furthermore, the air booster 114 provided in the engine system 112 is in the form of an electric turbocharger 124 (hereinafter “electric turbocharger”) that acts to increase the amount of intake or charge air supplied to the engine 24 . In the illustrated embodiment, the VG turbocharger 116 is further modified to be in the form of an EV turbocharger 124, thereby providing a VG EV turbocharger 128, although it is understood that an EV turbocharger 124 is present in the engine system 112 could be provided, which is not a VG turbocharger. Additionally, in the example depicted, the e-turbocharger 124 acts as an HP turbocharger in a turbocharger assembly 125 of the engine system 112, although it is understood that during operation of the engine system 112, the e-turbocharger 124 may occur to operate , while the LP turbocharger 36 is not operating.

Im Unterschied zu dem HP-Turbolader 38 in 2 umfasst der E-Turbolader 124 ferner eine elektrische Maschine 126 (d. h. einen Elektromotor), die dahingehend mit der Welle 48 mechanisch gekoppelt ist, selektiv für ihre Drehung zu sorgen, wie z. B. während Zeiträumen, in denen Abgas zum Antrieb der Turbine 120 und damit der Welle 48 und des Verdichters 122 nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist, und/oder wenn zusätzliche Leistung zum Antreiben der Welle 48 gewünscht wird. Der E-Turbolader 124 kann elektrische Leistung von dem elektrischen System 90 des Motorsystems 112 empfangen, wobei Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 über den DC-Bus 94 dem E-Turbolader 124 zugeführt wird. Bei Aktivierung empfängt die elektrische Maschine 126 eine Eingangsleistung und treibt als Reaktion darauf die Welle 48 und damit den Verdichter 122 dahingehend an, dem Motor 24 einen verstärkten Ladeluftstrom zuzuführen.In contrast to the HP turbocharger 38 in 2 The e-turbocharger 124 further includes an electric machine 126 (ie, an electric motor) mechanically coupled to the shaft 48 to selectively cause its rotation, e.g. B. during periods when there is insufficient exhaust gas to drive the turbine 120 and thereby the shaft 48 and the compressor 122, and/or when additional power is desired to drive the shaft 48. The e-turbocharger 124 may receive electrical power from the electrical system 90 of the engine system 112 , with power being supplied to the e-turbocharger 124 via the DC bus 94 from the energy storage device 92 . When activated, the electric machine 126 receives input power and in response drives the shaft 48 and thereby the compressor 122 to provide an increased flow of charge air to the engine 24 .

Wie zuvor unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 2 beschrieben, ist die Steuerung 104 dazu konfiguriert, den Betrieb des Motorsystems 112 in verschiedenen Betriebsmodi zu steuern, darunter in einem Emissionssteuerbetriebsmodus, wenn die Steuerung 104 bestimmt oder identifiziert, dass NOx-Emissionen möglicherweise verbotene Werte erreichen (d. h. über akzeptablen Emissionswerten liegen), wobei die Steuerung 104 Eingänge zur Motorlast (beispielsweise bestimmt durch Luftstrom und Kraftstoff wie angefordert/erforderlich) und Motorlaständerungsrate, der Abgastemperatur und der Motordrehzahl empfängt, um zu bestimmen, ob die NOx-Emissionen bei dem derzeitigen Betriebszustand des Motorsystems 112 möglicherweise bei verbotenen Werten liegen.As previously with reference to the embodiment of FIG 2 described, the controller 104 is configured to control operation of the engine system 112 in various modes of operation, including an emissions control mode of operation when the controller 104 determines or identifies that NOx emissions may reach prohibited levels (ie, exceed acceptable emissions levels), where the controller 104 receives inputs on engine load (e.g., determined by airflow and fuel as requested/required) and engine load rate of change, exhaust gas temperature, and engine speed to determine whether NOx emissions may be at prohibited levels at the current operating condition of the engine system 112.

Wenn von der Steuerung 104 bestimmt wird, dass die Motorlast- und die Abgastemperaturwerte unter den jeweiligen vorbestimmten Motorlast- bzw. Abgastemperaturschwellenwert gefallen sind (oder dass eine (fallende) Motorlaständerungsrate derart ist, dass eine Motorlast unter dem Motorlastschwellenwert unmittelbar bevorsteht), bewirkt die Steuerung 104, dass das Motorsystem 112 im Emissionssteuerbetriebsmodus betrieben wird, um die NOx-Emissionen zu managen. Im Emissionssteuerbetriebsmodus bei einer niedrigen Last bewirkt die Steuerung 104, dass dem Regler 118 (wie z. B. über den DC-Bus 94) Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, wobei der Regler 118 dann das Seitenverhältnis der Turbine in dem VG-Turbolader 116 (d. h. der Turbine 120) dahingehend modifiziert, die Menge an von der Turbine 120 aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren. Dies gestattet, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält, so dass das Abgas danach mit einer höheren Temperatur zu dem Nachbehandlungssystem 62 (d. h. zu der SCR-Vorrichtung 65) strömt, wodurch ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung 65 die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt. Darüber hinaus wird durch Reduzieren der Extraktion von Energie aus dem Abgas durch die Turbine 120 die Leistung zum Antreiben des Verdichters 122 gesenkt, so dass der Verdichter 122 weniger Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 ausgibt. Dies führt zu einem niedrigeren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24, was auch dazu dient, die von dem Motorsystem 112 erzeugten NOx-Emissionswerte zu senken.If it is determined by the controller 104 that the engine load and exhaust gas temperature values have fallen below the respective predetermined engine load and exhaust gas temperature thresholds, respectively (or that a (falling) engine load rate of change is such that an engine load is below the engine load threshold rating is imminent), the controller 104 causes the engine system 112 to operate in the emissions control mode of operation to manage NOx emissions. In the emissions control mode of operation at a low load, the controller 104 causes the controller 118 to be supplied power from the energy storage device 92 (such as via the DC bus 94), where the controller 118 then adjusts the aspect ratio of the turbine in the VG turbocharger 116 (ie, turbine 120) is modified to reduce the amount of energy extracted by turbine 120 from the exhaust gas. This allows the exhaust gas to hold more thermal energy, so that the exhaust gas then flows to the aftertreatment system 62 (ie, to the SCR device 65) at a higher temperature, thereby allowing the SCR device 65 to perform NOx treatment with a performs higher conversion efficiency. Additionally, by reducing the extraction of energy from the exhaust gas by the turbine 120 , the power to drive the compressor 122 is reduced such that the compressor 122 outputs less charge air to the intake manifold 30 . This results in a lower air-to-fuel ratio in the engine 24, which also serves to reduce NOx emissions levels produced by the engine system 112.

Des Weiteren kann die Steuerung 104 selektiv die Leistung, die der AGR-Pumpe 76 (wie z. B. über den DC-Bus 94) von der Energiespeichervorrichtung 92 zur Bereitstellung von AGR in dem Motorsystem 112 zugeführt wird, steuern. Wenn die AGR-Pumpe 76 aktiviert wird (z. B. der Elektromotor 84 die Rotoren 82 dreht), führt die AGR-Pumpe 76 Abgas nach dem Vermischen mit Ladeluft, was beispielsweise in dem AGR-Mischer 78 durchgeführt werden kann, aus dem Auslasskrümmer 32 zu dem Einlasskrümmer 30 zurück. Dieses Vermischen von rückgeführtem Abgas mit der Ladeluft dient auch dazu, die von dem Motorsystem 112 erzeugten NOx-Emissionswerte zu senken, sowohl während des Betriebs des Motors 24 bei niedriger Drehzahl als auch bei höheren Betriebsdrehzahlen.Furthermore, the controller 104 may selectively control the power provided to the EGR pump 76 (such as via the DC bus 94 ) from the energy storage device 92 to provide EGR in the engine system 112 . When the EGR pump 76 is activated (eg, the electric motor 84 rotates the rotors 82), the EGR pump 76 directs exhaust gas out of the exhaust manifold after mixing with charge air, which may be performed in the EGR mixer 78, for example 32 back to the intake manifold 30. This mixing of recirculated exhaust gas with the charge air also serves to reduce NOx emission levels produced by the engine system 112, both during low speed operation of the engine 24 and at higher operating speeds.

Der Luftverstärker 114 wird auch von der Steuerung 104 selektiv betrieben und kann bei einer Implementierung auch mit einer Änderung des Seitenverhältnisses der Turbine in dem VG-Turbolader 116 verbunden sein. D. h., die Steuerung 104 kann bestimmen, dass eine Motorlaständerungsrate in solch einem Maße ansteigt, dass eine Aktivierung des Luftverstärkers 114 erforderlich ist. Wenn der Motor 24 bei instationärem Betrieb schnell von einem Niedriglastzustand zu einem Hochlastzustand wechselt, bewirkt die Steuerung 104, dass das Motorsystem 112 aus dem Emissionssteuermodus austritt, wobei die Steuerung 104 (und der Regler 118) eine derartige Änderung des Seitenverhältnisses der Turbine 120 in dem VG-Turbolader 116 bewirken, dass mehr Energie aus dem Abgas extrahiert wird. Gleichzeitig bewirkt die Steuerung 104, dass dem E-Turbolader 124 Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, so dass die elektrische Maschine 126 Leistung (beispielsweise von dem DC-Bus 94) empfängt und die Welle 48 und den Verdichter 122 entsprechend antreibt, wodurch die Menge an Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, verstärkt wird und eine entsprechende Verstärkung des von dem Motor 24 ausgegebenen Drehmoments (wenn dies mit einem erhöhten Kraftstoffstrom, der dem Motor 24 zugeführt wird, einhergeht) bereitgestellt wird, um der erhöhten Last gerecht zu werden.The air amplifier 114 is also selectively operated by the controller 104 and may also be associated with changing the aspect ratio of the turbine in the VG turbocharger 116 in one implementation. That is, the controller 104 may determine that a rate of engine load change is increasing to such an extent that activation of the air amplifier 114 is required. When the engine 24 transitions rapidly from a low load condition to a high load condition during transient operation, the controller 104 causes the engine system 112 to exit the emissions control mode, with the controller 104 (and the controller 118) controlling such a change in the aspect ratio of the turbine 120 in the VG turbochargers 116 cause more energy to be extracted from the exhaust. At the same time, the controller 104 causes power to be supplied to the e-turbocharger 124 from the energy storage device 92 such that the electric machine 126 receives power (eg, from the DC bus 94) and drives the shaft 48 and compressor 122 accordingly, thereby causing the The amount of charge air supplied to the engine 24 is boosted and a corresponding boost in torque output from the engine 24 (when accompanied by increased fuel flow supplied to the engine 24) is provided to accommodate the increased load will.

Obgleich die in 2 und 3 gezeigten Motorsysteme 18, 112 gemäß der Darstellung eine spezifizierte Kombination von Komponenten zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 und Luftverstärkungskomponenten umfasst, versteht sich, dass die Motorsysteme mit verschiedenen Kombinationen von Komponenten versehen sein könnten. Beispielsweise könnte ein Motorsystem bereitgestellt werden, das ein E-Wastegate 66 zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 in Kombination mit einem E-Turbolader 124 zur Verstärkung der Ladeluft in den Einlasskrümmer 30 umfasst (4), oder ein Motorsystem könnte bereitgestellt werden, das einen VG-Turbolader 116 zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 125 in Kombination mit einem E-Verdichter 86 zur Verstärkung der Ladeluft in den Einlasskrümmer 30 umfasst (5). Bei noch einer weiteren Implementierung könnte ein Motorsystem bereitgestellt werden, das ein E-Wastegate 66, einen E-Verdichter 86 und einen VG-E-Turbolader 128 umfasst (6).Although the in 2 and 3 While the engine systems 18, 112 shown include a specified combination of components for modifying exhaust gas flow through the turbocharger assembly 34, 125 and air amplification components, it should be understood that the engine systems could be provided with various combinations of components. For example, an engine system could be provided that includes an e-wastegate 66 for modifying exhaust flow through the turbocharger assembly 34 in combination with an e-turbocharger 124 for boosting charge air into the intake manifold 30 ( 4 ), or an engine system could be provided that includes a VG turbocharger 116 to modify the exhaust gas flow through the turbocharger assembly 125 in combination with an E-compressor 86 to boost the charge air into the intake manifold 30 ( 5 ). In yet another implementation, an engine system could be provided that includes an e-wastegate 66, an e-compressor 86, and a VG e-turbocharger 128 ( 6 ).

Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 7 und unter weiterer Bezugnahme auf 1-6 wird ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren 130 zum Betrieb des Motorsystems 18, 112 gemäß der vorliegenden Offenbarung, das beispielsweise von der Steuerung 104 durchgeführt werden kann, bereitgestellt. Allgemein wird das Verfahren 130 während des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs 10 implementiert. Wie nachstehend genauer erläutert wird, implementiert das Verfahren 130 eine Steuerstrategie zum selektiven Betreiben elektrifizierter Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem 18, 112 zum Managen von NOx-Schadstoffemissionen.Referring now to FIG 7 and with further reference to 1-6 1, a flowchart is provided for a method 130 for operating the engine system 18, 112, which may be performed by the controller 104, for example, according to the present disclosure. In general, the method 130 is implemented during operation of the work vehicle 10 . As discussed in more detail below, the method 130 implements a control strategy for selectively operating electrified air system components in the engine system 18, 112 to manage NOx pollutant emissions.

Das Verfahren 130 beginnt bei Schritt 132 mit einer Bestimmung der Motorsystembetriebsbedingungen. Die Bestimmung der Motorsystembetriebsbedingungen kann basierend auf fortlaufendem Überwachen und Analysieren verschiedener Betriebsparameter des Motorsystems 18, 112 erfolgen, die beispielsweise Folgendes umfassen können: Motordrehzahl; Motorlast; Motorlaständerungsrate; Luftmassenstrom, Temperatur und Druck bei Einlass-/Ladeluft oder Abgas; Kraftstoffstrom; Abgastemperatur und/oder geschätzte NOx-Konzentration. Basierend auf dem bestimmten Motorbetriebsmodus und als Teil von Schritt 132 kann die Steuerung 104 dahingehend arbeiten, Befehls- und Steuersignale auszugeben, die an die Komponenten des Motorsystems 18, 112 gesendet und von diesen empfangen werden und den Betrieb des Motorsystems in einem geeigneten Betriebsmodus (z. B. Motorstartmodus, Motor-Stopp/Start-Modus, Kalter-Motor-Modus, Verstärkungsmodus oder Motoremissionen-Steuermodus) bewirken, wobei solche Befehls- und Steuersignale als nicht einschränkende Beispiele an den Motor 24, die AGR-Pumpe 76, den E-Verdichter 86 oder den E-Turbolader 124 und den Luftverstärker 85, 114 übertragen werden.The method 130 begins at step 132 with a determination of engine system operating conditions. The determination of engine system operating conditions may be made based on ongoing monitoring and analysis of various operating parameters of the engine system 18, 112, which may include, for example, the following nen: engine speed; engine load; engine load change rate; Air mass flow, temperature and pressure for intake/charge air or exhaust gas; fuel flow; Exhaust gas temperature and/or estimated NOx concentration. Based on the determined engine operating mode and as part of step 132, the controller 104 may operate to issue command and control signals that are sent to and received by the components of the engine system 18, 112 and direct the operation of the engine system in an appropriate operating mode (e.g., . B. engine start mode, engine stop/start mode, cold engine mode, boost mode, or engine emissions control mode), such command and control signals being provided as non-limiting examples to the engine 24, the EGR pump 76, the E -Compressor 86 or the e-turbocharger 124 and the air amplifier 85, 114 are transferred.

Während des fortlaufenden Betriebs des Motorsystems 18, 112 in einem bestimmten Modus geht das Verfahren 130 zu Schritt 134 über, bei dem eine Berechnung von Sollwerten der Abgasrückführung (AGR) und eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, die für den bestimmten Betriebsmodus geeignet sind, durchgeführt wird. Wiederum kann der Motorsystembetriebsmodus basierend auf einer fortlaufenden Überwachung und Analyse von beispielsweise Motordrehzahl; Motorlast und Luftmassenstrom, Temperatur und Druck bei Einlass-/Ladeluft oder Abgas; Kraftstoffstrom und/oder Abgastemperatur zusammen mit Anforderungen an das Motorsystem 18, 112 als Reaktion auf Bedienerbefehle bestimmt werden. Basierend auf dem derzeitigen Betriebsmodus werden geeignete AGR-Werte und ein geeignetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb in diesem Modus berechnet.During continued operation of the engine system 18, 112 in a particular mode, the method 130 proceeds to step 134 where a calculation of desired exhaust gas recirculation (EGR) values and air/fuel ratio appropriate for the particular operating mode is performed becomes. Again, the engine system operating mode may be based on ongoing monitoring and analysis of, for example, engine speed; engine load and air mass flow, temperature and pressure for intake/charged air or exhaust gas; fuel flow and/or exhaust gas temperature along with demands on the engine system 18, 112 in response to operator commands. Based on the current mode of operation, appropriate EGR levels and air/fuel ratio are calculated for operation in that mode.

Während der fortlaufenden Überwachung und Analyse der Betriebsparameter des Motorsystems 18, 112 und zusammen mit der Berechnung der Sollwerte von AGR und Luft/Kraftstoff-Verhältnis überwacht das Verfahren 130 auch den Ladestand der Energiespeichervorrichtung 92, wie bei Schritt 136 angegeben wird. Basierend auf dieser Überwachung des Ladestands der Energiespeichervorrichtung erfolgt bei Schritt 138 eine Bestimmung darüber, ob das elektrische System 90 in dem Motorsystem 18, 112 aktiviert ist. Wenn bei Schritt 138 bestimmt wird, dass das elektrische System 90 nicht aktiviert ist, wie z. B. darauf basierend, dass die Energiespeichervorrichtung 92 keinen ausreichenden Ladestand aufweist, wie bei 140 angegeben wird, geht das Verfahren 130 zu Schritt 142 über, bei dem das Steuerschema verlassen wird und das Verfahren 130 erneut beginnt. Wenn bei Schritt 138 alternativ dazu bestimmt wird, dass das elektrische System 90 aktiviert ist, wie z. B. darauf basierend, dass die Energiespeichervorrichtung 92 einen ausreichenden Ladestand aufweist, wie bei 144 angegeben wird, wird das Verfahren 130 dadurch fortgesetzt, dass es sich entlang einer Anzahl an parallelen Betriebspfaden vorarbeitet.The method 130 also monitors the state of charge of the energy storage device 92 as indicated at step 136 while continuously monitoring and analyzing the operating parameters of the engine system 18, 112 and along with calculating the EGR and air/fuel ratio setpoints. Based on this monitoring of the state of charge of the energy storage device, a determination is made at step 138 as to whether the electrical system 90 in the engine system 18, 112 is activated. If it is determined at step 138 that the electrical system 90 is not activated, such as B. based on the energy storage device 92 not having sufficient charge level as indicated at 140, the method 130 proceeds to step 142 where the control scheme is exited and the method 130 begins again. Alternatively, if it is determined at step 138 that the electrical system 90 is activated, such as B. based on the energy storage device 92 having a sufficient state of charge, as indicated at 144, the method 130 continues by working along a number of parallel operational paths.

Entlang zwei Betriebspfaden des fortgesetzten Verfahrens 130 werden Vergleiche zwischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und zugehörigen positiven und negativen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schwellenwerten durchgeführt, wie bei Schritt 146 und 147 angegeben wird. Spezifischer wird eine Differenz zwischen einem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (d. h. eine „LKV-Abweichung“) mit dem positiven und dem negativen LKV-Abweichung-Schwellenwert bei Schritt 146 und 147 verglichen - wobei Schritt 146 bestimmt, ob die LKV-Abweichung größer als der positive LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, und Schritt 147 bestimmt, ob die LKV-Abweichung kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist. Bei der Durchführung der Schritte 146 und 147 berechnet die Steuerung 104 zunächst die LKV-Abweichung durch Vergleichen eines Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann von der Steuerung 104 basierend auf von dem Kraftstoffsensor 110 und dem Sensor (den Sensoren) 108 (die beispielsweise den Luftmassendurchsatz und/oder den Druck in dem Einlasskrümmer 30 oder dem Ladeluftkanal 54 messen) empfangenen Eingängen bestimmt werden. Bei Berechnung der LKV-Abweichung kann die Steuerung 104 dann die LKV-Abweichung mit dem vorbestimmten positiven und negativen LKV-Abweichung-Schwellenwert, die beispielsweise in dem Speicher 104b gespeichert sein können, vergleichen, um zu bestimmen, ob die LKV-Abweichung innerhalb einer akzeptablen Abweichungsbandbreite, innerhalb der die elektrifizierten Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem 18, 112 arbeiten können, liegt.Along two operational paths of continued method 130, comparisons are made between air/fuel ratio and associated positive and negative air/fuel ratio threshold values, as indicated at steps 146 and 147. More specifically, a difference between an actual air/fuel ratio and the desired air/fuel ratio (i.e., an "AVV error") is compared to the positive and negative AVG error thresholds at steps 146 and 147 - where Step 146 determines whether the ATR error is greater than the positive ATR error threshold, and step 147 determines whether the ATR error is less than the negative ATR error threshold. In performing steps 146 and 147, the controller 104 first calculates the AFR error by comparing an actual air/fuel ratio to the desired air/fuel ratio. The actual air/fuel ratio may be determined by controller 104 based on inputs received from fuel sensor 110 and sensor(s) 108 (measuring, for example, mass air flow and/or pressure in intake manifold 30 or charge air duct 54). will. Upon calculating the ATR error, the controller 104 may then compare the ATR error to predetermined positive and negative ATR error thresholds, which may be stored in memory 104b, for example, to determine whether the ATR error is within a acceptable margin of deviation within which the electrified air system components in the engine system 18, 112 can operate.

In Bezug auf Schritt 147 geht das Verfahren 130, wenn bei Schritt 147 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, wie bei 148 angegeben wird, zu Schritt 149 über, wo zur Aktivierung des Systems Leistung an den Luftverstärker 85, 114 (d. h. an den E-Verdichter 86 oder den E-Turbolader 124, wie nachstehend genauer beschrieben wird) angelegt wird. D. h., wenn die LKV-Abweichung kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass die LKV-Abweichung nicht innerhalb einer akzeptablen Abweichungsbandbreite liegt und dass der Bedarf an Managen von NOx-Emissionen durch Modifizieren des Abgasstroms zu der/durch die Turboladeranordnung 34, 125 (was zu einer Verringerung der Menge an Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, führen kann) somit gering ist. Dies kann auftreten, wenn der Motor 24 über einem vorbestimmten Mindestmotorlastschwellenwert betrieben wird und/oder wenn die Motorlast mit einer höheren Rate (über einem zugehörigen Änderungsratenschwellenwert) zunimmt. In solchen Fällen arbeitet die Steuerung 104 dahingehend, das Anlegen von Leistung an den Luftverstärker 85, 114 zu bewirken, so dass dem Einlasskrümmer 30 verstärkte Ladeluft zugeführt wird. Alternativ dazu geht das Verfahren 130, wenn stattdessen bei Schritt 147 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung nicht kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist (d. h. größer ist), wie bei 150 angegeben wird, zu Schritt 151 über, wo aus dem Steuerschema ausgetreten wird und das Verfahren 130 erneut beginnt.With respect to step 147, if at step 147 it is determined that the ATR Deviation is less than the negative ATR Deviation threshold, as indicated at 148, the method 130 proceeds to step 149 where power to activate the system is applied to the air amplifier 85, 114 (ie, the e-compressor 86 or the e-turbocharger 124, as will be described in more detail below). That is, if the ATR deviation is less than the negative ATR deviation threshold, it is determined that the ATR deviation is not within an acceptable deviation range and that the need to manage NOx emissions by modifying the exhaust flow is increasing the/through the turbocharger assembly 34, 125 (which may result in a reduction in the amount of charge air supplied to the engine 24) is thus small. This may occur when the engine 24 is operating above a predetermined minimum engine load threshold and/or when the engine load is increasing increases at a higher rate (above an associated rate-of-change threshold). In such cases, the controller 104 operates to cause power to be applied to the air booster 85, 114 so that boosted charge air is delivered to the intake manifold 30. Alternatively, if it is instead determined at step 147 that the ACR Deviation is not less than (ie, greater than) the negative ACR Deviation threshold, as indicated at 150, the method 130 proceeds to step 151, where from the control scheme is exited and the method 130 begins again.

Im Hinblick auf Schritt 146 geht das Verfahren 130, wenn bei Schritt 146 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung größer als der positive LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, so dass sie nicht innerhalb einer akzeptablen Abweichung-Bandbreite liegt, wie bei 152 angegeben wird, zu Schritt 154 und 156 über, wo als Nächstes Bestimmungen darüber erfolgen, ob die Abgastemperatur unter einem vorbestimmten Abgastemperaturschwellenwert liegt (Schritt 154) und ob die Motorlast unter einem vorbestimmten Motorlastschwellenwert liegt (Schritt 156). Beim Bestimmen, ob die Abgastemperatur und die Motorlast unter dem vorbestimmten Abgastemperaturschwellenwert bzw. Motorlastschwellenwert liegen, kann die Steuerung 104 Eingänge von dem Abgastemperatursensor 111 und dem Sensor (den Sensoren) 108, 110 empfangen (die Steuerung 104 kann die Motorlast basierend auf von den Sensoren 108, 110 gemessenem Luftstrom und Kraftstoffstrom bestimmen/berechnen), wobei die gemessene Abgastemperatur und die bestimmte Motorlast mit den jeweiligen Schwellenwerten, die beispielsweise in dem Speicher 104b gespeichert sein können, verglichen werden. Wenn alternativ dazu bei Schritt 146 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung nicht größer als der positive LKV-Abweichung-Schwellenwert ist (d. h. kleiner ist), wie bei 157 angegeben wird, geht das Verfahren 130 zu Schritt 159 über, wo aus dem Steuerschema ausgetreten wird und das Verfahren 130 erneut beginnt.With respect to step 146 , if it is determined at step 146 that the ACR error is greater than the positive ACR error threshold, the method 130 proceeds such that it is not within an acceptable error band, as indicated at 152 , proceeds to steps 154 and 156 where next determinations are made as to whether the exhaust gas temperature is below a predetermined exhaust gas temperature threshold (step 154) and whether the engine load is below a predetermined engine load threshold (step 156). In determining whether exhaust gas temperature and engine load are below predetermined exhaust gas temperature threshold and engine load threshold, respectively, controller 104 may receive inputs from exhaust gas temperature sensor 111 and sensor(s) 108, 110 (controller 104 may determine engine load based on from the sensors 108, 110 determine/calculate measured air flow and fuel flow), the measured exhaust gas temperature and the determined engine load being compared with the respective threshold values which may be stored in memory 104b, for example. Alternatively, if it is determined at step 146 that the ATR error is not greater than (i.e., less than) the positive ATR error threshold, as indicated at 157, the method 130 proceeds to step 159 where from the control scheme is exited and the method 130 begins again.

Wenn bei Schritt 154 und 156 bestimmt wird, dass die Abgastemperatur über dem Abgastemperaturschwellenwert liegt (Schritt 154) oder dass die Motorlast über dem Motorlastschwellenwert liegt (Schritt 156), wie bei 158 angegeben wird, dann geht das Verfahren 130 zu Schritt 160 oder Schritt 162 über, wo aus dem Steuerschema ausgetreten wird und das Verfahren 130 erneut beginnt. Wenn alternativ dazu bei Schritt 154 und 156 bestimmt wird, dass die Abgastemperatur unter dem Abgastemperaturschwellenwert liegt (Schritt 154) und dass auch die Motorlast unter dem Motorlastschwellenwert liegt (Schritt 156), wie bei 164 angegeben wird, dann geht das Verfahren 130 zu Schritt 166 über, wo die Steuerung 104 dahingehend arbeitet, das derartige Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120), dass weniger Energie aus dem Abgas extrahiert wird, zu bewirken.If it is determined at steps 154 and 156 that the exhaust gas temperature is above the exhaust gas temperature threshold (step 154) or that the engine load is above the engine load threshold (step 156), as indicated at 158, then the method 130 proceeds to step 160 or step 162 above, where the control scheme is exited and the method 130 begins again. Alternatively, if it is determined at steps 154 and 156 that the exhaust gas temperature is below the exhaust gas temperature threshold (step 154) and that the engine load is also below the engine load threshold (step 156), as indicated at 164, then the method 130 proceeds to step 166 above, where the controller 104 operates to cause the exhaust gas flow through the turbocharger assembly 34, 125 (i.e., the HP turbine 42, 120) to be modified such that less energy is extracted from the exhaust gas.

Bei einer Ausführungsform bewirkt die Steuerung 104 bei Schritt 166, dass Leistung an das E-Wastegate 66 (gemäß der Steuerung über den Regler 68) angelegt wird, so dass das E-Wastegate 66 in eine geöffnete Stellung (in eine vollständig geöffnete oder eine im Wesentlichen geöffnete Stellung) betätigt wird. Beim Öffnen des E-Wastegates 66 wird der Abgasstrom zu der HP-Turbine 42 modifiziert - wobei das Abgas durch das E-Wastegate 66 strömt und die HP-Turbine 42 umgeht, wenn das E-Wastegate 66 in einem geöffneten (oder im Wesentlichen geöffneten) Zustand betrieben wird. Durch das Umgehen der HP-Turbine 42 wird die Menge an von der HP-Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert (oder eliminiert), wodurch gestattet wird, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält (so dass ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung 65 die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt), und wodurch die Leistung, die den HP-Verdichter 46 antreibt, reduziert wird (so dass der Verdichter 46 weniger Ladeluft an den Einlasskrümmer 30 ausgibt, was zu einem geringeren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor führt).In one embodiment, at step 166, the controller 104 causes power to be applied to the e-wastegate 66 (as controlled by the controller 68) such that the e-wastegate 66 moves to an open position (a fully open or an intermediate position). Substantially open position) is actuated. Upon opening the e-wastegate 66, exhaust flow to the HP turbine 42 is modified -- with the exhaust flowing through the e-wastegate 66 and bypassing the HP turbine 42 when the e-wastegate 66 is in an open (or substantially open ) state is operated. Bypassing the HP turbine 42 reduces (or eliminates) the amount of energy extracted from the exhaust gas by the HP turbine, thereby allowing the exhaust gas to hold more thermal energy (allowing the SCR device 65 performs the NOx treatment with a higher conversion efficiency), thereby reducing the power driving the HP compressor 46 (so that the compressor 46 outputs less charge air to the intake manifold 30, resulting in a lower air/fuel ratio in leads to the engine).

Bei einer weiteren Ausführungsform bewirkt die Steuerung 104 bei Schritt 166, dass Leistung an den Regler 118 angelegt wird, um das Seitenverhältnis der HP-Turbine 120 in einem VG-Turbolader 116 zu variieren, wobei der Regler 118 das Seitenverhältnis der HP-Turbine 120 durch Bewegen oder Betätigen von Komponenten darin, wie z. B. Bewegen der HP-Turbine 120 entlang ihrer Achse zur Modifizierung der Schaufelbreite, ändert. Durch Variieren des Seitenverhältnisses der HP-Turbine 120 wird die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert, wodurch gestattet wird, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält (so dass ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt), und wodurch die Leistung, die den Verdichter 122 antreibt, reduziert wird (so dass der Verdichter 122 weniger Ladeluft an den Einlasskrümmer 30 ausgibt, was zu einem geringeren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24 führt).In another embodiment, at step 166, the controller 104 causes power to be applied to the governor 118 to vary the aspect ratio of the HP turbine 120 in a VG turbocharger 116, where the governor 118 varies the aspect ratio of the HP turbine 120 Moving or operating components therein, such as e.g. B. moving the HP turbine 120 along its axis to modify blade width. Varying the HP turbine 120 aspect ratio reduces the amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine, allowing the exhaust gas to hold more heat energy (allowing the SCR device to perform NOx treatment with a performs higher conversion efficiency), and thereby reducing the power driving the compressor 122 (so that the compressor 122 outputs less charge air to the intake manifold 30, resulting in a lower air/fuel ratio in the engine 24).

Durch Modifizieren (Reduzieren) des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120) bei Schritt 166 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24 reduziert werden. Die Steuerung 104 kann das E-Wastegate 66 oder den VG-Turbolader 116 dahingehend steuern, die Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 fortzusetzen, bis bestimmt wird (durch fortlaufende Sensoreingänge in die Steuerung 104), dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Zielwert erfüllt. Mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einem Zielwert wird die Menge an überschüssiger Luft, die während der Verbrennung vorhanden ist, reduziert, wodurch die Werte der aus dem Motor 24 ausgegebenen NOx-Emissionen reduziert werden.By modifying (reducing) the flow of exhaust gas through the turbocharger assembly 34, 125 (ie, the HP turbine 42, 120) at step 166, the air/fuel ratio in the engine 24 can be reduced. The controller 104 may control the e-wastegate 66 or the VG turbocharger 116 to continue modifying the exhaust gas flow through the turbocharger assembly 34, 125 until it is determined (by continued sensor inputs to the controller 104) that the air/fuel ratio is low met a target value. With the air/fuel ratio at a target value, the amount of excess air present during combustion is reduced, thereby reducing levels of NOx emissions emitted from the engine 24 .

Nach dem Bewirken der Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 bei Schritt 166 kann das Verfahren 130 die Überwachung einer Motorlaständerungsrate fortsetzen. Beim Überwachen der Motorlaständerungsrate erfolgt bei Schritt 168 eine Bestimmung darüber, ob die Motorlaständerungsrate einen Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, da es sich versteht, dass ein starker Anstieg der Motorlaständerungsrate schnelles instationäres Ansprechverhalten des Motors 24 (über eine Verstärkung der dem Motor 24 zugeführten Einlassluft) erfordern würde, um der erhöhten Last gerecht zu werden. Wenn bei Schritt 168 bestimmt wird, dass die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, wie bei 170 angegeben wird, geht das Verfahren zu Schritt 172 über, wo der elektrifizierte Luftverstärker 85, 114 (d. h. der E-Verdichter 86 oder der E-Turbolader 124, wie nachstehend genauer beschrieben wird) aktiviert wird, so dass dem Einlasskrümmer 30 verstärkte Ladeluft zugeführt wird. Des Weiteren arbeitet die Steuerung 104 bei Schritt 172, wenn der elektrifizierte Luftverstärker 85, 114 aktiviert wird, dahingehend, die Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120) zu beenden, wie z. B. durch Aktivieren des E-Wastegates 66 oder des VG-Turboladers 116. Wenn stattdessen bei Schritt 168 bestimmt wird, dass die Motorlaständerungsrate nicht den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, wie bei 174 angegeben wird, geht das Verfahren 130 weiter - wobei die Steuerung 104 den dahingehenden Betrieb, den Abgasstrom durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120) durch selektiven Betrieb des E-Wastegates 66 oder des VG-Turboladers 116 zu modifizieren, fortsetzt.After effecting the modification of exhaust gas flow through the turbocharger assembly 34, 125 at step 166, the method 130 may continue to monitor a rate of change of engine load. In monitoring the engine load rate of change, a determination is made at step 168 as to whether the engine load rate of change exceeds an engine load rate of change threshold value, since it is understood that a large increase in engine load rate of change would require rapid transient response of the engine 24 (via boosting the intake air supplied to the engine 24). to cope with the increased load. If it is determined at step 168 that the engine load rate of change exceeds the engine load rate of change threshold, as indicated at 170, the method proceeds to step 172 where the electrified air booster 85, 114 (i.e., the e-compressor 86 or the e-turbocharger 124, as (described in more detail below) is activated so that boosted charge air is supplied to the intake manifold 30 . Further, at step 172, when the electrified air amplifier 85, 114 is activated, the controller 104 operates to cease modifying the exhaust gas flow through the turbocharger assembly 34, 125 (i.e., the HP turbine 42, 120), such as, for example, by activating the e-wastegate 66 or the VG turbocharger 116. If instead it is determined at step 168 that the engine load rate of change does not exceed the engine load rate of change threshold, as indicated at 174, the method 130 continues - with the controller 104 determining to that effect operation to modify the exhaust gas flow through the turbocharger assembly 34, 125 (i.e., the HP turbine 42, 120) by selectively operating the E-wastegate 66 or the VG turbocharger 116.

Unter erneuter Bezugnahme auf das Voranschreiten des Verfahrens 130 nach der bei Schritt 138 durchgeführten Bestimmung und nun entlang dem anderen Betriebspfad des fortgesetzten Verfahrens 130, wird bei Schritt 176 Steuern der AGR-Pumpe 76 durchgeführt. Wie zuvor angegeben, wird bei Schritt 134 eine Berechnung im Hinblick auf ein Ausmaß an AGR, das für einen derzeitigen Betriebsmodus des Motorsystems 18, 112 gewünscht wird, durchgeführt - wobei der Betriebsmodus basierend auf fortlaufendem Überwachen und Analysieren verschiedener Motorsystembetriebsparameter, darunter Überwachen der Motordrehzahl, bestimmt wird. Bei Schritt 176 betreibt die Steuerung 104 die AGR-Pumpe 76 in einem gewünschten Ausmaß, um das Zielausmaß an AGR zu erfüllen, wie z. B. Steuern der dem Elektromotor 84 zugeführten Leistung zum Drehen der Rotoren 82 in der AGR-Pumpe 76. Die AGR-Pumpe 76 wird somit auf gesteuerte Art und Weise dahingehend betrieben, Abgas aus dem Auslasskrümmer 32 nach dem Vermischen mit Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 zurückzuführen, wobei dieses Vermischen von rückgeführtem Abgas mit der Ladeluft dazu dient, die Werte der von dem Motorsystem 18, 112 erzeugten NOx-Emissionen zu senken. Vorteilhafterweise kann die AGR-Pumpe 76 selbst bei mit niedriger Drehzahl laufendem Motor 24 betrieben werden, so dass die Rückführung von Abgas und zugehöriges Managen von NOx-Emissionen über einen großen Bereich von Motorsystembetriebsbedingungen hinweg bereitgestellt werden können.Referring again to the progression of the method 130 following the determination made at step 138 and now along the alternate path of operation of the continued method 130, at step 176 control of the EGR pump 76 is performed. As previously indicated, at step 134 a calculation is made as to an amount of EGR that is desired for a current mode of operation of the engine system 18, 112 -- the mode of operation being based on ongoing monitoring and analysis of various engine system operating parameters, including monitoring engine speed, is determined. At step 176, the controller 104 operates the EGR pump 76 a desired amount to meet the target amount of EGR, such as. B. Controlling the power supplied to the electric motor 84 to rotate the rotors 82 in the EGR pump 76. The EGR pump 76 is thus operated in a controlled manner to deliver exhaust gas from the exhaust manifold 32 to the intake manifold 30 after mixing with charge air this mixing of recirculated exhaust gas with the charge air serves to reduce levels of NOx emissions produced by the engine system 18,112. Advantageously, the EGR pump 76 can be operated even with the engine 24 running at low speed so that exhaust gas recirculation and associated NOx emissions management can be provided over a wide range of engine system operating conditions.

Bei Beendigung von Schritt 149 oder 166/172, zusammen mit Schritt 176, kann das Verfahren 130 dann enden, wie bei Schritt 178 angegeben wird, wobei es sich versteht, dass das Verfahren 130 bei fortlaufendem Betrieb des Motorsystems 18, 112 wiederholt wird, um fortlaufend die NOx-Emissionen davon zu managen. Vorteilhafterweise wird durch das Durchführen des Verfahrens 130 und die Struktur des Motorsystems 18, 112, das entsprechend diesem Verfahren betrieben wird, das Management von NOx-Emissionen aus dem Motorsystem 18, 112 über einen großen Betriebsbedingungsbereich hinweg, darunter Betrieb bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen, gestattet. Der NTE-Bereich, in dem NOx-Emissionen gemanagt werden, ist somit im Vergleich zu existierenden Motorsystemen ausgeweitet, wodurch gestattet wird, dass das Motorsystem 18, 112 der offenbarten Erfindung strengere NOx-Emissionsvorschriften der Zukunft erfüllt. Elektrifizierte Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem 12, 118 sind dahingehend selektiv betreibbar, NOx-Emissionen besser zu managen, wobei durch den Betrieb der Luftsystemkomponenten AGR gesteuert und der SCR-Umwandlungswirkungsgrad verbessert wird, insbesondere bei Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und niedriger Last, so dass NOx-Emissionen über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg reduziert werden können. In Abhängigkeit von dem Fahrzyklus kann das Motorsystem 12, 118 für eine zehnfache Reduzierung der NOx-Emissionen im Vergleich zu existierenden Motorsystemen, wie z. B. eine Reduzierung von 0,4 g/kW-h bis 0,04 g/kW-h, sorgen.Upon completion of step 149 or 166/172, along with step 176, the method 130 may then end as indicated at step 178, it being understood that the method 130 is repeated as the engine system 18, 112 continues to operate to continuously manage the NOx emissions thereof. Advantageously, performance of the method 130 and the structure of the engine system 18, 112 operated in accordance with that method facilitates the management of NOx emissions from the engine system 18, 112 over a wide range of operating conditions, including operation at low loads and low speeds , allowed. The NTE range in which NOx emissions are managed is thus expanded compared to existing engine systems, thereby allowing the engine system 18, 112 of the disclosed invention to meet more stringent NOx emission regulations of the future. Electrified air system components in the engine system 12, 118 are selectively operable to better manage NOx emissions, operation of the air system components controlling EGR and improving SCR conversion efficiency, particularly at low speed, low load engine operating conditions such that NOx Emissions can be reduced over an extended NTE range. Depending on the driving cycle, the engine system 12, 118 can provide a tenfold reduction in NOx emissions compared to existing engine systems such as e.g. a reduction of 0.4 g/kW-h to 0.04 g/kW-h.

Es werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur einfacheren Bezugnahme nummeriert sind.

  • 1. Ein Motorsystem umfasst einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur, bei denen die NOx-Emissionen innerhalb eines verbotenen Bereichs liegen, zu identifizieren und, wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
  • 2. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors zu bestimmen, zu bestimmen, ob ein Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, und, wenn das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt oder nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors reduziert wird.
  • 3. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Motorlast und die Abgastemperatur mit einem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert zu vergleichen, die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte zu identifizieren, wenn sowohl die Motorlast als auch die Abgastemperatur unter dem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert liegen, und den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren, um die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren und die dem Verdichter zugeführte Antriebsleistung zu reduzieren, bis die Abgastemperatur eine Zieltemperatur erreicht.
  • 4. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei der Turbolader einen Turbolader mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, durch das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, gesteuert wird, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.
  • 5. Das Motorsystem nach Anspruch 1, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung betreibbar ist, um zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine hindurchströmt oder die Turbine umgeht, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
  • 6. Das Motorsystem nach Beispiel 5, wobei der Turbolader ein Hochdruck(HP)-Turbolader ist und die Turbine und der Verdichter eine HP-Turbine und ein HP-Verdichter sind, wobei das elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die HP-Turbine hindurchströmt oder die HP-Turbine umgeht, und wobei das Motorsystem ferner einen Niederdruck(LP)-Turbolader umfasst, der eine LP-Turbine und einen LP-Verdichter und ein anderes elektrifiziertes Wastegate, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die LP-Turbine hindurchströmt oder die LP-Turbine umgeht, aufweist, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, das andere elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
  • 7. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, beim Überwachen der Motorlast sowohl eine Motorlasthöhe als auch eine Motorlaständerungsrate zu überwachen, und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, eine Motordrehzahl des Motors zu überwachen.
  • 8. Das Motorsystem nach Beispiel 7, das ferner einen elektrifizierten Luftverstärker umfasst, der dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung Einlassluft zu dem Einlasskrümmer zu verstärken.
  • 9. Das Motorsystem nach Beispiel 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker einen E-Verdichter umfasst, der einen eigenständigen Verdichter und eine elektrische Maschine, die den eigenständigen Verdichter zum Verstärken der Einlassluft in den Einlasskrümmer antreibt, umfasst.
  • 10. Das Motorsystem nach Beispiel 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker eine elektrische Maschine umfasst, die dahingehend mit dem Turbolader mechanisch gekoppelt ist, eine Welle, die die Turbine und den Verdichter koppelt, anzutreiben, wobei der Turbolader also einen E-Turbolader umfasst, der Einlassluft in den Einlasskrümmer verstärkt.
  • 11. Das Motorsystem nach Beispiel 8, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, zu identifizieren, wenn die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, den elektrifizierten Luftverstärker zu aktivieren, wenn die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, und bei Aktivierung des elektrifizierten Luftverstärkers den Regler dahingehend zu steuern, die Modifikation des Abgasstroms durch die Turbine zu beenden.
  • 12. Das Motorsystem nach Beispiel 1, das ferner eine Abgasrückführungs(AGR)-Pumpe umfasst, die dahingehend betreibbar ist, einen Teil des aus dem Auslasskrümmer ausgegebenen Abgases zu dem Einlasskrümmer zurückzuführen, wobei die AGR-Pumpe in Kombination mit der Steuerung, die den Abgasstrom durch die Turbine modifiziert, dahingehend betreibbar ist, NOx-Emissionen aus dem Motorsystem weiter zu reduzieren.
  • 13. Ein Motorsystem für ein Arbeitsfahrzeug umfasst einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, zu bestimmen, ob die Motorlast und die Abgastemperatur unter einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert liegen, wodurch verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte angezeigt werden, und, wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter dem Motorlastschwellenwert und dem Abgastemperaturschwellenwert liegen, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
  • 14. Das Motorsystem nach Beispiel 13, wobei der Turbolader einen Turbolader mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, steuert, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.
  • 15. Das Motorsystem nach Beispiel 13, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine hindurchströmt oder die Turbine umgeht, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
The following examples are provided, numbered for ease of reference.
  • 1. An engine system includes an engine having one or more piston and cylinder assemblies associated with an intake manifold and an exhaust manifold, a turbocharger including a turbine in communication with the exhaust manifold and a compressor driven by the turbine and in communication with the intake manifold, and a governor configured to direct exhaust gas flow through the turbine Taxes. The engine system further includes a controller having a processor and memory architecture and operatively connected to the governor, the controller configured to monitor engine load and exhaust gas temperature during operation of the engine, prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels based on engine load and exhaust gas temperature at which NOx emissions are within a prohibited range, and when prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels have been identified, controlling the controller to modify exhaust gas flow through the turbine. By modifying the flow of exhaust gas through the turbine, an amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine is reduced and motive power provided to the compressor is reduced, thereby reducing intake airflow provided to the intake manifold by the compressor.
  • 2. The engine system of example 1, wherein the controller is configured to determine a desired air/fuel ratio for operation of the engine, determining whether an actual air/fuel ratio matches the desired air/fuel ratio matches, and if the actual air/fuel ratio does not match the desired air/fuel ratio or is not within a predetermined range relative to the desired air/fuel ratio, exhaust gas flow through the turbine to be modified so that the air/fuel ratio for the operation of the engine is reduced.
  • 3. The engine system of example 1, wherein the controller is configured to compare the engine load and the exhaust gas temperature with an associated engine load threshold and exhaust gas temperature threshold, respectively, to identify the prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels when both the engine load and the exhaust gas temperature are below the associated engine load threshold and exhaust gas temperature threshold, respectively, and to control the controller to modify the exhaust gas flow through the turbine to reduce the amount of energy extracted by the turbine from the exhaust gas and to reduce the power input to the compressor until the exhaust gas temperature Target temperature reached.
  • 4. The engine system of example 1, wherein the turbocharger comprises a variable geometry (VG) turbocharger, the turbine having an adjustable aspect ratio that controls the amount of energy extracted from the exhaust gas as the exhaust gas flows therethrough and wherein the controller is configured to adjust the positioning of one or more components in the turbine for aspect ratio adjustment.
  • 5. The engine system of claim 1, further comprising an electrified wastegate operable between an open position and a closed position to cause the flow of exhaust gas to flow through the turbine or bypass the turbine, and wherein the controller is configured to do so to actuate the electrified wastegate between the open position and the closed position.
  • 6. The engine system of Example 5, wherein the turbocharger is a high pressure (HP) turbocharger and the turbine and compressor are an HP turbine and an HP compressor, the electrified wastegate being operable between the open position and the closed position to that end is to cause the exhaust flow to flow through the HP turbine or bypass the HP turbine, and wherein the engine system further comprises a low pressure (LP) turbocharger having an LP turbine and an LP compressor and another electrified wastegate operable between an open position and a closed position to cause the exhaust flow to flow through the LP turbine or bypass the LP turbine, and wherein the controller is configured to position the other electrified wastegate between the open position and the closed position.
  • 7. The engine system of example 1, wherein the controller is configured to monitor both an engine load level and a rate of engine load change when monitoring engine load, and wherein the controller is further configured to monitor an engine speed of the engine.
  • 8. The engine system of example 7, further comprising an electrified air booster configured to boost intake air to the intake manifold when activated.
  • 9. The engine system of example 8, wherein the electrified air booster comprises an e-compressor having a self-contained compressor and an electric machine using the self-contained compressor for boosting the in intake air drives into the intake manifold.
  • 10. The engine system of Example 8, wherein the electrified air intensifier includes an electric machine mechanically coupled to the turbocharger to drive a shaft coupling the turbine and the compressor, ie, the turbocharger including an e-turbocharger that Reinforced intake air into the intake manifold.
  • 11. The engine system of example 8, wherein the controller is configured to identify when the engine load rate of change exceeds the engine load rate of change threshold, activate the electrified air amplifier when the engine load rate of change exceeds the engine load rate of change threshold, and upon activation of the electrified air amplifier, control the controller to: stop modifying the exhaust gas flow through the turbine.
  • 12. The engine system of Example 1, further comprising an exhaust gas recirculation (EGR) pump operable to recirculate a portion of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold to the intake manifold, the EGR pump in combination with the controller operating the Exhaust flow modified through the turbine, operable to further reduce NOx emissions from the engine system.
  • 13. An engine system for a work vehicle includes an engine having one or more piston and cylinder assemblies communicating with an intake manifold and an exhaust manifold, a turbocharger having a turbine communicating with the exhaust manifold, and a compressor, driven by the turbine and in communication with the intake manifold, and a governor configured to control exhaust gas flow through the turbine. The engine system further includes a controller having a processor and memory architecture and operatively connected to the governor, the controller configured to monitor an engine load and an exhaust gas temperature during operation of the engine, determine whether the engine load and the exhaust gas temperature are below an engine load threshold and an exhaust gas temperature threshold, respectively, thereby indicating prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels, and when the engine load and the exhaust gas temperature are below the engine load threshold and the exhaust gas temperature threshold, control the controller to increase the exhaust gas flow through the turbine modify. By modifying the flow of exhaust gas through the turbine, an amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine is reduced and motive power provided to the compressor is reduced, thereby reducing intake airflow provided to the intake manifold by the compressor.
  • 14. The engine system of example 13, wherein the turbocharger comprises a variable geometry (VG) turbocharger, the turbine having an adjustable aspect ratio that controls the amount of energy extracted from the exhaust gas as the exhaust gas flows therethrough. and wherein the controller is configured to adjust the positioning of one or more components in the turbine for aspect ratio adjustment.
  • 15. The engine system of example 13, further comprising an electrified wastegate operable between an open position and a closed position to cause exhaust gas flow to flow through or bypass the turbine, and wherein the controller is configured to do so to actuate the electrified wastegate between the open position and the closed position.

Das Vorstehende hat also ein Motorsystem bereitgestellt, das NOx-Emissionen über einen großen Betriebsbereich des Motors, darunter Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und niedriger Last, hinweg managt. Das Motorsystem ist mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten versehen, die dahingehend selektiv betreibbar sind, die Abgasrückführung zu verstärken sowie den Umwandlungswirkungsgrad der selektiven katalytischen Reduktion in dem Motorsystem zu verbessern, um für Reduzierungen von NOx-Emissionen in Zylindern und außerhalb von Zylindern zu sorgen. Gemäß einem steuerungsimplementierten Verfahren oder Steuerschema können elektrifizierte Luftsystemkomponenten aktiviert werden, wenn bestimmt wird, dass NOx-Emissionswerte bei verbotenen Werten liegen, wie durch Überwachen von Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Motorlast und Abgastemperatur in dem Motorsystem bestimmt wird, wobei der Abgasstrom durch die Turboladeranordnung in dem Motorsystem und durch eine Turbine in der Turboladeranordnung dahingehend modifiziert wird, eine Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren und dabei die NOx-Emissionen aus dem Motorsystem zu senken.Thus, the foregoing has provided an engine system that manages NOx emissions over a wide operating range of the engine, including low speed and low load engine operating conditions. The engine system is provided with electrified air system components that are selectively operable to enhance exhaust gas recirculation as well as improve selective catalytic reduction conversion efficiency in the engine system to provide reductions in in-cylinder and out-of-cylinder NOx emissions. According to a control-implemented method or control scheme, electrified air system components may be activated when NOx emission levels are determined to be at prohibited levels, as determined by monitoring air/fuel ratio, engine load, and exhaust gas temperature in the engine system, with exhaust gas flow through the turbocharger assembly in the engine system and is modified by a turbine in the turbocharger assembly to reduce an amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine and thereby reduce NOx emissions from the engine system.

So wie sie hier verwendet werden, geben Listen mit Elementen, die durch Bindewörter (z. B. „und“) getrennt werden und denen des Weiteren die Formulierung „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, insofern sie nicht anderweitig beschränkt oder modifiziert werden, Konfigurationen oder Anordnungen an, die möglicherweise einzelne Elemente der Liste oder eine beliebige Kombination daraus umfassen. Beispielsweise geben „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die Möglichkeiten von lediglich A, lediglich B, lediglich C oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B und C) an. Des Weiteren impliziert die Verwendung von „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ in den Ansprüchen für gewisse Elemente nicht, dass andere Elemente in der Singularform vorliegen, noch hat es irgendeine andere Wirkung auf die anderen Anspruchselemente.As used herein, lists of items separated by conjunctions (e.g., "and") and further preceded by the phrase "one or more of" or "at least one of" where they are not otherwise restricted or modified denomination, configuration or arrangement, which may include any one of the list items or any combination thereof. For example, "at least one of A, B, and C" or "one or more of A, B, and C" give the possibilities of just A, just B, just C, or any combination of two or more of A, B, and C ( e.g. A and B; B and C; A and C; or A, B and C). Furthermore, the use of "one or more of" or "at least one of" in the claims for certain elements does not imply that other elements are in the singular form, nor does it have any other effect on the other claim elements.

Die Singularformen „ein/e/r“ und „der/die/das“, wie hier verwendet, sollen auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas anderes an. Ferner versteht sich, dass jegliche Verwendung der Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ in dieser Schrift das Vorliegen angegebener Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angibt, jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließt.As used herein, the singular forms "a" and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. Further, it is understood that any use of the terms "comprises" and/or "comprising" herein indicates the presence of specified features, integers, steps, acts, elements and/or components, but the presence or addition of one or more other features , integers, steps, operations, elements, components and/or groups thereof.

Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt worden, soll für die Offenbarung in der offenbarten Form aber nicht erschöpfend oder einschränkend sein. Für den Durchschnittsfachmann sind viele Modifikationen und Variationen ohne Abweichung von dem Schutzbereich und Wesen der Offenbarung ersichtlich. Hier explizit angeführte Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundzüge der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erläutern und um anderen Durchschnittsfachleuten zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen des bzw. der beschriebenen Beispiele zu erkennen. Demgemäß liegen verschiedene andere Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.The description of the present disclosure has been presented for purposes of illustration and description, but is not intended to be exhaustive or limited to the disclosure in the form disclosed. Many modifications and variations will become apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the disclosure. Embodiments explicitly set forth herein were chosen and described in order to best explain the principles of the disclosure and its practical application, and to enable others of ordinary skill in the art to understand the disclosure and recognize many alternatives, modifications, and variations from the example(s) described. Accordingly, various embodiments and implementations other than those explicitly described are within the scope of the following claims.

Claims (15)

Motorsystem (18, 112), das Folgendes umfasst: einen Motor (24) mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen (28), die mit einem Einlasskrümmer (30) und einem Auslasskrümmer (32) in Verbindung stehen; einen Turbolader (36, 38, 116, 124, 128), der eine Turbine (40, 42, 120), die mit dem Auslasskrümmer (32) in Verbindung steht, und einen Verdichter (44, 46, 122), der von der Turbine (40, 42, 120) angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer (30) in Verbindung steht, umfasst; einen Regler (68, 118), der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu steuern; und eine Steuerung (104), die eine Architektur aus Prozessor (104a) und Speicher (104b) aufweist und die mit dem Regler (68, 118) wirkverbunden ist, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors (24) zu überwachen; verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur, bei denen die NOx-Emissionen innerhalb eines verbotenen Bereichs liegen, zu identifizieren; und wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren; wobei durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine (40, 42, 120) eine Menge an Energie, die von der Turbine (40, 42, 120) aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert wird und die dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführte Antriebskraft reduziert wird, wodurch ein dem Einlasskrümmer (30) von dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.Engine system (18, 112) comprising: an engine (24) having one or more piston and cylinder assemblies (28) communicating with an intake manifold (30) and an exhaust manifold (32); a turbocharger (36, 38, 116, 124, 128) having a turbine (40, 42, 120) connected to the exhaust manifold (32) and a compressor (44, 46, 122) connected to the turbine (40, 42, 120) driven and in communication with the intake manifold (30); a governor (68, 118) configured to control exhaust gas flow through the turbine (40, 42, 120); and a controller (104) having a processor (104a) and memory (104b) architecture and operatively connected to the controller (68, 118), the controller (104) being configured to: monitor engine load and exhaust gas temperature during operation of the engine (24); identify prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels based on engine load and exhaust gas temperature at which NOx emissions are within a prohibited range; and if the prohibited engine oxides of nitrogen (NOx) emission levels have been identified, controlling the controller (68, 118) to modify the exhaust gas flow through the turbine (40, 42, 120); wherein by modifying the flow of exhaust gas through the turbine (40, 42, 120), an amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine (40, 42, 120), is reduced and driving force supplied to the compressor (44, 46, 122) is reduced, thereby reducing intake air flow supplied from the compressor (44, 46, 122) to the intake manifold (30). Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors (24) zu bestimmen; zu bestimmen, ob ein Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt; und wenn das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt oder nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors (24) reduziert wird.engine system (18, 112). claim 1 wherein the controller (104) is configured to: determine a desired air/fuel ratio for operation of the engine (24); determine whether an actual air/fuel ratio matches the target air/fuel ratio; and if the actual air/fuel ratio does not match the desired air/fuel ratio or is not within a predetermined range relative to the desired air/fuel ratio, the exhaust gas flow through the turbine (40, 42, 120) so that the air/fuel ratio for operation of the engine (24) is reduced. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: die Motorlast und die Abgastemperatur mit einem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert zu vergleichen; die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte zu identifizieren, wenn sowohl die Motorlast als auch die Abgastemperatur unter dem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert liegen; und den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren, um die Menge an von der Turbine (40, 42, 120) aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren und die dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführte Antriebsleistung zu reduzieren, bis die Abgastemperatur eine Zieltemperatur erreicht.engine system (18, 112). claim 1 wherein the controller (104) is configured to: compare the engine load and the exhaust gas temperature to an associated engine load threshold and exhaust gas temperature threshold, respectively; identify the prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels when both the engine load and the exhaust gas temperature are below the associated engine load threshold and exhaust gas temperature threshold, respectively; and to control the controller (68, 118) to modify the flow of exhaust gas through the turbine (40, 42, 120) to reduce the amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine (40, 42, 120) and the the compressor (44, 46, 122) to reduce supplied drive power until the exhaust gas temperature reaches a target temperature. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei der Turbolader (36, 38, 116, 124, 128) einen Turbolader (116) mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine (120) ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, durch das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, gesteuert wird, und wobei der Regler (118) dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine (120) zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.engine system (18, 112). claim 1 wherein the turbocharger (36, 38, 116, 124, 128) comprises a variable geometry (VG) turbocharger (116), the turbine (120) having an adjustable aspect ratio by which the amount of energy extracted from the exhaust gas is extracted as the exhaust gas flows therethrough, and wherein the controller (118) is configured to adjust the positioning of one or more components in the turbine (120) to adjust the aspect ratio. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate (66) umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung betreibbar ist, um zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine (40, 42) hindurchströmt oder die Turbine (40, 42) umgeht, und wobei der Regler (68, 118) dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.engine system (18, 112). claim 1 further comprising an electrified wastegate (66) operable between an open position and a closed position to cause the flow of exhaust gas to flow through the turbine (40, 42) or bypass the turbine (40, 42), and wherein the controller (68, 118) is configured to actuate the electrified wastegate (66) between the open position and the closed position. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 5, wobei der Turbolader (36, 38, 116, 124, 128) einen Hochdruck(HP)-Turbolader (38) umfasst und die Turbine und der Verdichter eine HP-Turbine (42) und einen HP-Verdichter (46) umfassen, wobei das elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die HP-Turbine (42) hindurchströmt oder die HP-Turbine (42) umgeht; und wobei das Motorsystem (18, 112) ferner Folgendes umfasst: einen Niederdruck(LP)-Turbolader (36), der eine LP-Turbine (40) und einen LP-Verdichter (44) umfasst; und ein anderes elektrifiziertes Wastegate (66), das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die LP-Turbine (40) hindurchströmt oder die LP-Turbine (40) umgeht, und wobei der Regler (68) dazu konfiguriert ist, das andere elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.engine system (18, 112). claim 5 wherein the turbocharger (36, 38, 116, 124, 128) comprises a high pressure (HP) turbocharger (38) and the turbine and compressor comprise an HP turbine (42) and an HP compressor (46), wherein the electrified wastegate (66) is operable between the open position and the closed position to cause the flow of exhaust gas to flow through the HP turbine (42) or to bypass the HP turbine (42); and wherein the engine system (18, 112) further comprises: a low pressure (LP) turbocharger (36) comprising an LP turbine (40) and an LP compressor (44); and another electrified wastegate (66) operable between an open position and a closed position to cause the flow of exhaust gas to flow through the LP turbine (40) or bypass the LP turbine (40), and wherein the controller (68) is configured to actuate the other electrified wastegate (66) between the open position and the closed position. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (104) dazu konfiguriert ist, beim Überwachen der Motorlast sowohl eine Motorlasthöhe als auch eine Motorlaständerungsrate zu überwachen, und wobei die Steuerung (104) ferner dazu konfiguriert ist, eine Motordrehzahl des Motors (24) zu überwachen.engine system (18, 112). claim 1 wherein the controller (104) is configured to monitor both an engine load level and a rate of engine load change when monitoring engine load, and wherein the controller (104) is further configured to monitor an engine speed of the engine (24). Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 7, das ferner einen elektrifizierten Luftverstärker (85, 114) umfasst, der dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung Einlassluft zu dem Einlasskrümmer (30) zu verstärken.engine system (18, 112). claim 7 Further comprising an electrified air booster (85, 114) configured to boost intake air to the intake manifold (30) when activated. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker (85, 114) einen E-Verdichter (86) umfasst, der einen eigenständigen Verdichter (87) und eine elektrische Maschine (88), die den eigenständigen Verdichter (87) zum Verstärken der Einlassluft in den Einlasskrümmer (30) antreibt, umfasst.engine system (18, 112). claim 8 , wherein the electrified air booster (85, 114) comprises an e-compressor (86) having a self-contained compressor (87) and an electric machine (88) using the self-contained compressor (87) for boosting intake air into the intake manifold (30th ) drives includes. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker (85, 114) eine elektrische Maschine (126) umfasst, die dahingehend mit dem Turbolader (124) mechanisch gekoppelt ist, eine Welle (48), die die Turbine (120) und den Verdichter (122) koppelt, anzutreiben, wobei der Turbolader also einen E-Turbolader (124) umfasst, der Einlassluft in den Einlasskrümmer (30) verstärkt.engine system (18, 112). claim 8 wherein the electrified air intensifier (85, 114) comprises an electric machine (126) mechanically coupled thereto to the turbocharger (124), a shaft (48) coupling the turbine (120) and the compressor (122), to drive, the turbocharger thus comprising an e-turbocharger (124) that boosts intake air into the intake manifold (30). Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: zu identifizieren, wenn die Motorlaständerungsrate einen Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet; den elektrifizierten Luftverstärker (85, 114) zu aktivieren, wenn die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet; und bei Aktivierung des elektrifizierten Luftverstärkers (85, 114) den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, die Modifikation des Abgasstroms durch die Turbine zu beenden.engine system (18, 112). claim 8 wherein the controller (104) is configured to: identify when the engine load rate of change exceeds an engine load rate of change threshold; activate the electrified air amplifier (85, 114) when the engine load rate of change exceeds the engine load rate of change threshold; and upon activation of the electrified air amplifier (85, 114), controlling the governor (68, 118) to cease modification of exhaust gas flow through the turbine. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, das ferner eine Abgasrückführungs(AGR)-Pumpe (76) umfasst, die dahingehend betreibbar ist, einen Teil des aus dem Auslasskrümmer (32) ausgegebenen Abgases zu dem Einlasskrümmer (30) zurückzuführen, wobei die AGR-Pumpe (76) in Kombination mit der Steuerung (104), die den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) modifiziert, dahingehend betreibbar ist, NOx-Emissionen aus dem Motorsystem (18, 112) weiter zu reduzieren.engine system (18, 112). claim 1 , further comprising an exhaust gas recirculation (EGR) pump (76) operable to recirculate a portion of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold (32) to the intake manifold (30), the EGR pump (76) in combination with the controller (104) that modifies the flow of exhaust gas through the turbine (40, 42, 120) is operable to further reduce NOx emissions from the engine system (18, 112). Motorsystem (18, 112) für ein Arbeitsfahrzeug (10), wobei das Motorsystem (18, 112) Folgendes umfasst: einen Motor (24) mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen (28), die mit einem Einlasskrümmer (30) und einem Auslasskrümmer (32) in Verbindung stehen; einen Turbolader (36, 38, 116, 124, 128), der eine Turbine (40, 42, 120), die mit dem Auslasskrümmer (32) in Verbindung steht, und einen Verdichter (44, 46, 122), der von der Turbine (40, 42, 120) angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer (30) in Verbindung steht, umfasst; einen Regler (68, 118), der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu steuern; und eine Steuerung (104), die eine Architektur aus Prozessor (104a) und Speicher (104b) aufweist und die mit dem Regler (68, 118) wirkverbunden ist, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors (24) zu überwachen; zu bestimmen, ob die Motorlast und die Abgastemperatur unter einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert liegen, wodurch verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte angezeigt werden; und, wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter dem Motorlastschwellenwert und dem Abgastemperaturschwellenwert liegen, den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren; wobei durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine (40, 42, 120) eine Menge an Energie, die von der Turbine (40, 42, 120) aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert wird und die dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführte Antriebskraft reduziert wird, wodurch ein dem Einlasskrümmer (30) von dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.An engine system (18, 112) for a work vehicle (10), the engine system (18, 112) comprising: an engine (24) having one or more piston and cylinder assemblies (28) connected to an intake manifold (30) and communicating with an exhaust manifold (32); a turbocharger (36, 38, 116, 124, 128) having a turbine (40, 42, 120) connected to the exhaust manifold (32) and a compressor (44, 46, 122) connected to the Turbine (40, 42, 120) driven ben and in communication with the intake manifold (30); a governor (68, 118) configured to control exhaust gas flow through the turbine (40, 42, 120); and a controller (104) having a processor (104a) and memory (104b) architecture and operably connected to the controller (68, 118), the controller (104) being configured to: an engine load and an exhaust gas temperature to monitor during operation of the engine (24); determine whether the engine load and the exhaust gas temperature are below an engine load threshold and an exhaust gas temperature threshold, respectively, thereby indicating prohibited engine nitrogen oxide (NOx) emission levels; and if the engine load and the exhaust gas temperature are below the engine load threshold and the exhaust gas temperature threshold, controlling the controller (68, 118) to modify the exhaust gas flow through the turbine (40, 42, 120); wherein by modifying the flow of exhaust gas through the turbine (40, 42, 120), an amount of energy extracted from the exhaust gas by the turbine (40, 42, 120) is reduced and available to the compressor (44, 46, 122 ) supplied driving force is reduced, thereby reducing intake airflow supplied to the intake manifold (30) by the compressor (44, 46, 122). Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 13, wobei der Turbolader (36, 38, 116, 124, 128) einen Turbolader (116) mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine (120) ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, steuert, und wobei der Regler (118) dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine (120) zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.engine system (18, 112). Claim 13 wherein the turbocharger (36, 38, 116, 124, 128) comprises a variable geometry (VG) turbocharger (116), the turbine (120) having an adjustable aspect ratio that controls the amount of energy extracted from the exhaust gas is controlled when the exhaust gas flows therethrough, and wherein the controller (118) is configured to adjust the positioning of one or more components in the turbine (120) to adjust the aspect ratio. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 13, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate (66) umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine (40, 42) hindurchströmt oder die Turbine (40, 42) umgeht, wobei der Regler (68) dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.engine system (18, 112). Claim 13 Further comprising an electrified wastegate (66) operable between an open position and a closed position to cause the flow of exhaust gas to flow through the turbine (40, 42) or to bypass the turbine (40, 42), wherein the controller (68) is configured to actuate the electrified wastegate (66) between the open position and the closed position.
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